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Archivo de noviembre de 2016

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Nov

12

Evolución por la energía

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Energía = Materia    ~    Comentarios Comments (0)

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Cualquier cosa que podamos imaginar… ¡Podría estar en nuestro Universo!

El universo entero es energía. En sus formas diferentes la energía cambia continuamente y lo mismo hace que brillen las estrellas del cielo, que los planetas giren, que los estables átomos formen moléculas y materia, que las plantas crezcan o que las civilizaciones evolucionen.

La ciencia del siglo XIX reconoció la universalidad de la energía y supo ver que la Humanidad sin energía que hiciera el trabajo más duro, no evolucionarían en el bienestar social y el saber.

De todas maneras, aún hoy día, a comienzos del siglo XXI, no tenemos un conocimiento unificado de todos los ámbitos y disciplinas, que relacionados de una u otra manera con la energía, nos presente una visión global y completa de este problema. Los estudios energéticos modernos se presentan fragmentados, divididos en disciplinas, y los científicos que trabajan en cada una de ellas están muy ocupados para leer el resultado obtenido en los otros estudios.

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Los geólogos, por ejemplo, al tratar de entender las grandes fuerzas que transforman la superficie del planeta por el movimiento de las placas tectónicas, rara vez están al día de los descubrimientos en las otras ramas de la energética moderna, donde se estudia desde el esfuerzo de un corredor de élite hasta el vuelo de un colibrí.

Los ingenieros se preocupan por las plantas generadoras de electricidad y piensan poco en las constantes fundamentales de la energía o en los cambios que determinaron la evolución de las sociedades antes de la llegada de la civilización de los combustibles fósiles.

Resultado de imagen de El resplandeciente Sol

Energía es todo, desde el Sol hasta un embarazo; desde el pan que comemos hasta un microchip. Sin embargo, es difícil que un técnico pueda pensar en ello cuando está centrado en resolver el problema del momento.

La progresión lógica se realiza siguiendo una secuencia progresiva desde los flujos de energía planetarios a la vida de las plantas y los animales, siguiendo con la energía humana, la energía en el desarrollo de las sociedades preindustriales y modernas, y concluyendo con el transporte y los flujos de información, que son las dos características más importantes de la civilización de los combustibles fósiles.

Resultado de imagen de Entropía

Los que han leído algunos de mis trabajos saben que aquí podrán encontrarse con datos y materias diversas, y aunque el tema central, como he reseñado por título, es la evolución por la energía, también podrán leer sobre la entropía, las fuerzas de la naturaleza, el átomo, o incluso, del Sol, los vientos, radiación solar o cualquier dato que, en realidad, pueda estar conectado con el concepto de energía.

Operamos con unidades

Resultado de imagen de E = mc2

El conocimiento, las peculiaridades y las complejidades de las diferentes formas de energías, así como su almacenamiento y transformación, requiere que cuantifiquemos esas cualidades y procesos. Para ello debemos introducir cierto número de conceptos científicos y medidas, así como sus unidades correspondientes.

Al hablar sobre energía nos encontramos con el problema de que el uso en el habla común de muchos términos científicos está equivocado. Como dice Henk Tennekes, “hemos creado una terrible confusión con los conceptos físicos simples en la vida ordinaria”. Pocos de esos malentendidos son tan generales y molestos como los relacionados con los términos energía, potencia y fuerza.

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Definimos fuerza como la intensidad con la que intentamos desplazar – empujar, tirar, levantar, golpear… – un objeto. Podemos ejercer una fuerza enorme sobre la roca que sobresale en una montaña incluso si ésta permanece inmóvil. Sin embargo, sólo realizamos trabajo cuando el objeto que empujamos se mueve en la dirección de la fuerza aplicada. De hecho, se define el trabajo realizado como el producto de la fuerza aplicada por la distancia recorrida. La energía, como se define en los libros de texto, es “la capacidad de hacer trabajo”, y así, ésta se medirá con las mismas unidades que el trabajo.

Resultado de imagen de ,medidas como el newton, julio....

Si medimos la fuerza en unidades denominadas newton (N), llamada así en honor de Isaac Newton, y la distancia en metros (m), el trabajo se mide en la malsonante unidad de newton-metro. Para simplificar, los científicos llaman al newton-metro julio (J), en honor de James Prescot Joule (1818 – 1889), quien publicó el primer cálculo preciso de la equivalencia entre trabajo y energía. El julio es la unidad estándar de trabajo y energía.

La potencia es simplemente la tasa de trabajo, es decir, un flujo de energía por unidad de tiempo. A un julio por segundo lo llamamos vatio (W) en honor de James Watt (1736 – 1819), inventor de la máquina de vapor mejorada y el hombre que estableció la primera unidad de potencia, que no fue el vatio sino el caballo de vapor (CV), una unidad aproximadamente igual a 750 W.

Seguimos con algunas tablas para documentarnos:

Resultado de imagen de Reservas mundiales de material energético

Almacenamiento de energía
Energía de Magnitud
Reservas mundiales de carbón 200.000 EJ
Reservas mundiales de masa vegetal 10.000 EJ
Calor latente de un tormenta 5 PJ
Carga de carbón de un camión de 100 t 2 TJ
Barril de petróleo crudo 6 GJ
Botella de vino de mesa blanco 3 MJ
Garbanzo pequeño 5 KJ
Mosca en la mesa de la cocina 9 mJ
Gota de agua de 2 mm en una hoja de árbol 4 μJ
Flujos de energía
Energía de Magnitud
Radiación solar 5.500.000 EJ
Fotosíntesis mundial neta 2.000 EJ
Producción mundial de combustibles fósiles 300 EJ
Huracán típico en el Caribe 38 EJ
La mayor explosión de bomba H en 1961 240 PJ
Calor latente de un tormenta 5 PJ
Bomba de Hiroshima en 1945 84 TJ
Metabolismo basal de un caballo grande 100 MJ
Ingesta diaria de un adulto 10 MJ
Pulsación de una tecla del ordenador 20 mJ
Salto de una pulga 100 nJ

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Resultado de imagen de Energía cinéticaResultado de imagen de Energía cinética

Para avanzar un poco más tenemos que pasar de empujar y tirar (lo que llamamos energía mecánica o energía cinética) a calentar (energía térmica). Definimos una unidad llamada caloría como la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de un gramo de agua desde 14’5 a 15’5 ºC. Usando esta unidad podemos comparar energías térmicas, pero una vez más, esta unidad no nos permite comparar todas las clases diferentes de energías.

Si nos preguntamos ¿qué es la energía?, esta pregunta no es fácil de contestar. Incluso uno de los más grandes físicos modernos resulta de poca ayuda: “es importante darse cuenta de que en física, en realidad, no se sabe muy bien qué es la energía. No tenemos una idea de por qué la energía está formada por pequeños pulsos de una cantidad definida”, decía Richard Feynman en su libro Lectures on Physics.

David Rose, para definir la energía, decía: “es un concepto abstracto inventado por los físicos en el siglo XIX para describir cuantitativamente una amplia variedad de fenómenos naturales”.

Resultado de imagen de masa y energía son equivalentes

E: representa la energía

m: la masa

c: la velocidad de la luz en el vacío ¡casi 300 000 km/s!

Einstein nos dijo: “la masa y la energía son manifestaciones de una misma cosa”.

El conocimiento moderno de la energía incluye un número de descubrimientos fundamentales: la masa y la energía son equivalente; los diferentes tipos de energía están relacionados por muchas transformaciones; durante esas transformaciones, la energía no se destruye (primer principio de la termodinámica) y esta conservación de la energía está inexorablemente acompañada por una pérdida de utilidad (segundo principio de la termodinámica).

El primer descubrimiento, descrito en una carta de Einstein a un amigo suyo como una “idea atrevida, divertida y atractiva”, se resume en su ecuación m = E/c2, que en su versión más famosa se escribe como E = mc2; la ecuación más conocida de la física.

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El segundo descubrimiento se demuestra continuamente en miles de trasformaciones energéticas que se producen en el universo. La energía gravitatoria mantiene las galaxias en movimiento, a la Tierra girando alrededor del Sol y confinada la atmósfera que hace nuestro planeta habitable. La transformación de la energía nuclear en el interior del Sol produce el continuo flujo de energía electromagnética, llamada radiación solar. Una pequeña parte de esa energía llega al planeta Tierra que, a su vez, libera energía geotérmica. El calor producido en ambos procesos pone en movimiento la atmósfera, los océanos y las gigantescas placas tectónicas terrestres.

Resultado de imagen de la energía del Sol se transforma en en energía química

Una pequeña parte de la energía radiante del Sol se transforma, a través de la fotosíntesis, en reservas de energía química, que son utilizadas por muchas clases de bacterias y plantas. Los seres heterótrofos (organismos que van desde las bacterias, los protozoos y los hongos hasta los mamíferos), ingieren y reorganizan vegetales de las plantas en nuevos enlaces químicos y los utilizan para crear energía mecánica (cinética).

La energía química almacenada durante millones de años en los combustibles fósiles se libera por combustión en calderas y máquinas como energía termal (térmica), la cual, a través de muchos procesos se convierte en energía mecánica, química o electromagnética.

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La colisión entre las placas terrestres lleva a que las rocas conformantes de la corteza puedan romperse (fallarse) o bien plegarse. Este último proceso ocurre en aquellos estratos rocosos que se ven sometidos a altas presiones y temperaturas, que permiten que las rocas se tornen dúctiles. Las cadenas montañosas o cordilleras se generan por la colisión de las placas tectónicas y, por lo general, se localizan cerca de sus márgenes.

Potencia de fenómenos de corta duración
Flujos de energía Duración Potencia
Terremoto de magnitud 8 en la E. Richter 30 s 1’6 PW
Gran erupción volcánica 10 h 100 TW
Energía cinética de una tormenta 20 min 100 GW
Gran bombardeo de la 2ª Guerra Mundial 1 h 20 GW
Tornado medio en EE.UU. 3 min 1’7 GW
Los cuatro motores del Boeing 747 10 h 60 MW
La mayor máquina de vapor de Watt 10 h 100 KW
Carrera de 100 m 10 s 1’3 KW
Lavadora doméstica 20 min 500 W
Audición de un CD 60 min 25 W
Una vela 2 h 5 W
El vuelo de un colibrí 3 min 0’7 W

 

 

Resultado de imagen de El segundo principio de la termodinámica

 

El segundo principio de la termodinámica se refiere a la inevitable realidad de que a lo largo de la cadena de transformación de la energía se va perdiendo la capacidad de realizar un trabajo útil. Hay una magnitud asociada con esta pérdida de utilidad de la energía que se llama entropía; en cada transformación la energía se conserva, pero la entropía del sistema en su conjunto sólo puede aumentar. No hay nada que podamos hacer contra esta disminución de utilidad. Un barril de petróleo es un almacén de energía muy útil y de baja entropía que se puede transformar en calor, electricidad, movimiento y luz. Las moléculas calientes de aire emitidas por el tubo de escape de un motor o la luz que rodea una bombilla representan un estado de alta entropía en el que se producen irrecuperables pérdidas de utilidad.

 

 

Resultado de imagen de El Universo como sistema cerrado

 

El Universo se puede considerar como un sistema cerrado

 

En un sistema cerrado, este proceso unidireccional de disipación entrópica tiene la inevitable consecuencia de una pérdida de la complejidad y un aumento de la homogeneidad. Esto se puede ver si usted compara la multitud de moléculas orgánicas que componen el petróleo con la monotonía de unos pocos tipos de moléculas sencillas que forman los gases del tubo de escape.

 

 

 

Por el contrario, todos los organismos vivos (desde las bacterias hasta las civilizaciones humanas) son sistemas abiertos, que están importando y exportando energía constantemente; son capaces de mantenerse en estado de desequilibrio químico y termodinámico, creciendo y evolucionando hasta una mayor heterogeneidad y complejidad. Desafían temporalmente la tendencia entrópica.

No conviene utilizar unidades inadecuadas para medir esta gran variedad de procesos, porque casi siempre las cifras estarían seguidas o precedidas de muchos ceros. Tanto el julio como el vatio representan respectivamente cantidades muy pequeñas de energía y potencia. Aproximadamente 30 microgramos de carbón o 2 segundos de metabolismo de un ratón de campo equivalen a 1 julio. Un vatio es la potencia de una pequeña vela encendida o el vuelo rápido de un colibrí.

emilio silvera

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Nov

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Siempre haremos preguntas

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en El saber del mundo    ~    Comentarios Comments (0)

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 El cerebro es capaz de inventar recuerdos de hechos que nunca ocurrieron. La capacidad humana para aprender, inventar, buscar recursos, … ¡Es casi ilimitada! siempre ha encontrado una respuesta a los problemas planteados y, a medida que avanzamos y nuestro cerebro evoluciona, más caminos se abren ante nosotros

Lo cierto es que, cada día que pasa, nuevos descubrimientos astronómicos nos llevan hacia el asombro y la maravilla… ¿Cómo puede la Naturaleza hacer las cosas que hace?

 

 

 

 

 

En el núcleo se alcanzan los 15.000.000 de grados y se producen las transisiciones de fase de la transmutación de elementos. La nucleosíntesis estelar es el conjunto de reacciones nucleares que tienen lugar en las estrellas durante el proceso de evoluciòn estelar anterior al colapso gravitatorio. Estos procesos empezaron a entenderse a principios del siglo XX cuando quedó claro que solo las reacciones nucleares podían explicar la gran longevidad de la fuente de calor y luz del Sol. Aproximadamente el 90% de la energía producida por las estrellas vendrá de las reacciones de fusión del hidrógeno para convertirlo en helio. Más del 6% de la energía generada vendrá de la fusión del helio en carbono. El proceso sigue hasta el Hierro, donde no puede continuar y se produce la “muerte de la estrella como tal en la secuencia principal.

 

 

El modelo estándar de la física de partículas es una teoría relativista de campos cuánticos desarrollada entre 1970 y 1973 basada en las ideas de la unificación y simetrías que describe la estructura fundamental de la materia y el vacío considerando las partículas elementales como entes irreducibles cuya cinemática está regida por las cuatro interacciones fundamentales conocidas. Aunque tenemos que decir que, la Gravedad, esa fuerza que mantiene unidos los planetas en las sistemas planetarios y nuestros pies al suelo de la Tierra, no se quiere juntar con las otras tres fuerzas, campa solitaria por el Cosmos.

Resultado de imagen de Simetría y asimetría en los rostros humanosResultado de imagen de asimetría en los rostros humanos

Aunque es cierto que “sobre gustos no hay nada escrito”, los humanos nos sentimos más a gusto con las caras más simétricas. En la cultura popular, y salvo alguna rara excepción, las caras asimétricas están relacionadas con la maldad. Los biólogos encontraron rápidamente una explicación evolutiva: los individuos más evolucionados pueden mantener sus formas simétricas inclusive cuando están expuestos al estrés y las enfermedades. Es decir, cuando las partes del cuerpo que tienden a la simetría no lo son, costará más pasar esos genes porque será rechazado por potenciales parejas. De esta manera la evolución distingue a la simetría como una característica valiosa.

David (1501-1504), de Miguel Ángel, Galería de la Academia de Florencia.

El desnudo de una figura presenta una simetría bilateral casi perfecta. Ciertamente, parte del atractivo del mismo, tanto en la realidad como en el arte, reside en la identificación de los lados derecho e izquierdo del cuerpo mediante mediante una simetría especular. La figura femenina raramente presenta asimetrías. La asimetría de un varón se rompe solamente por la curiosa circunstancia de que su testículo izquierdo cuelga más bajo que el derecho.

(1532), de Lucas Cranach el Viejo, Städelsches Kunstinstitut, Fráncfort del Meno, censurada por el Metro de Londres en 2008.

Evidentemente, cada cuerpo, considerado de forma individual, puede otras desviaciones menores de su simetría: un hombro más alto que otro, un pecho mayor que su pareja, una ligera desviación de la columna, una peca o un antojo en un costado…, pero tales anomalías, en su mayor parte, pueden encontrarse tanto a un lado como al otro.

La simetría bilateral se mantiene en el interior del cuerpo, en en los músculos y en el esqueleto, pero queda rota por la disposición fuertemente asimétrica de algunos órganos. El corazón, el estómago y el  páncreas están desviados hacia la izquierda; el hígado y el apéndice, hacia la derecha. El pulmón derecho es mayor que el izquierdo. Los retorcimientos y vueltas de los intestinos son completamente asimétricos. El cordón umbilical humano, una magnifica hélice triple formada por dos arterias y una vena, puede enrollarse en cualquiera de los dos sentidos.

Los mellizos que se desarrollan por la fecundación simultánea de dos óvulos separados, pueden tener detalles asimétricos en un sentido en uno de ellos, y en el contrario en el otro, pero esto no ocurre con mayor frecuencia que la que cabría esperar como fruto del azar. Es una creencia generalizada que los gemelos (formados a partir de un único óvulo, que se divide inmediatamente después de la fecundación) tiene una marcada tendencia a aparentar especulares recíprocas. Por desgracia, las estadísticas al respecto son confusas y muchos expertos creen que los gemelos idénticos no se presentan como imágenes especulares uno de otro en mayor medida que cualquier otro tipo de hermanos.

En el caso de gemelos siameses (gemelos idénticos, unidos uno a otro a causa de un a partición tardía e incompleta del óvulo), el tema no ofrece duda alguna. Son exactamente enantiomorfos en casi todos los detalles: si uno es diestro, el otro es zurdo; si uno tiene el remolino del pelo que va en el sentido de las agujas del reloj, el de su hermano/hermana irá en el sentido contrario. Diferencias en los oídos, los dientes…, aparecen en ambos como especulares unas respecto de otras (hasta en eso es perfecta la Naturaleza). Las huellas dactilares o de la palma de la mano derecha de uno serán muy parecidas a las correspondientes a la mano izquierda del otro.

Todavía más: un gemelo siamés tendrá “vísceras transpuestas”; sus órganos internos estarán colocados de manera inversa, el corazón a la derecha, el hígado a la izquierda. Esta transposición de órganos, o inverse situs, como se denomina a veces, se da siempre en cualquier par de gemelos siameses, pero puede aparecer también en no incluidas en estas circunstancias.

Merece la pena hacer notar que Lewis Carroll, en A través del espejo (Alianza Editorial, 1990), pretende tomar los gemelos idénticos Tararí y Tarará como imágenes especulares uno de otro. Cuando los hermanos Tara ofrecen enlazar sus manos con Alicia, uno de ellos alarga su derecha; el otro la izquierda. Si observamos detenidamente las ilustraciones de Tenniel, especialmente la que muestra los dos gemelos uno frente a otro, para la batalla, veremos que los ha dibujado como si fueran enantiomorfos.

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                 Claro que, algunos son completos

En el comportamiento y los hábitos de los seres humanos hay muchos ejemplos de marcada asimetría; los más evidentes son consecuencia de que la mayoría de las personas son diestras. La mano derecha está controlada por la parte izquierda del cerebro, y la parte derecha de éste controla la mano izquierda, por lo que la condición de diestro es, en realidad, un fenómeno de lateralidad izquierda del cerebro. Hubo un tiempo en el que se creía que los bebés nacían sin tendencia alguna de tipo genético que favoreciera el uso de una mano concreta, que la lateralidad de un niño era exclusivamente el resultado de las enseñanzas de sus padres. Platón era un notable defensor de esta opinión.

“En el uso de las manos estamos, y estábamos, viciados por las manías de nuestras intitutrices y madres -escribe Platón en sus Leyes-, pues aunque nuestros miembros están compensados por naturaleza, creamos una diferencia entre ellos como consecuencia de un mal hábito.”

 

Sabemos hoy en día que Platón estaba equivocado. Como hace notar Aristóteles con buen criterio. De todas las maneras, la tendencia innata para muchas personas de usar preferentemente la mano derecha es común desde que la puede constatarlo de manera evidente.

Losantropólogs culturales no han encontrado todavía ni una sola sociedad, o incluso una tribu , en la que la norma sea la lateralidad izquierda: los esquimos, los indios americanos, los maoríes y los africanos son todos diestros. Los antiguos egipcios, griegos y romanos eran diestros. Naturalmente, si retrocemos todavía más en la Historia, la evidencia de la lateralidad diestra es ya escasa e indirecta y hay que dilucidarla a partir del estudio de la forma de sus utensilios y armas, así como de las pinturas que muestran los hombres trabajando o en la batalla.

Las  propias palabras que se usan en muchas lenguas para designar la izquierda y la derecha dan testimonio de un sesgo universal hacia el lado derecho. En , ir a derechas es hacer las cosas correctamente, mientras que no dar una a derechas, es sinónimo de hacerlo todo mal.

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Ser diestro en algo es lo mismo que poseer una habilidad especial para ello, mientras que una cosa siniestra (del latín sinester, izquierda) es una cosa hecha con mala intención. En otras lenguas el significado viene a ser más o menos el mismo. Los italianos, tan suyos ellos, llaman a la mano izquierda stanca, fatigada, o manca, la que no se tiene. Lo cierto es que, por lo , los zurdos son ambidiestros.

Para tener una buena visión histórica de mlos prejuicios virulentos contra los zurdos en cualquier parte del mundo, veáse el séptimo capítulo de The Dragons of Eden, de Carl Sagan (Random House, 1977), y el delicioso de Jack Fincher, Sinister People (Putnam, 1977). Este último da una lista de más de cien personajes famosos que fueron zurdos.

Por lo que hemos observado , y hasta donde sabemos, la especie humana tiene la tendencia a utilizar la mano derecha. Claro que no sabemos. La mayoría de los mamíferos subhumanos son ambidiestros y, ¿cómo serán las especies que viven en otros mundos? El personaje de arriba, al menos, parece que es zurdo.

Lo cierto es que, poco importa si somos zurdos o no, la igualdad en lo esencial es casi idéntica. La verdadera diferencia está en el cerebro, en la manera de ver las cosas, en cómo cada cual enfoca los problemas y qué soluciones aplica a cada situación, en que perspectiva podamos tener de nuestra Sociedad, de nuestras leyes, de nuestros derechos, de la moral y la ética… Todo lo demás, son circunstancias anecdóticas que poco influyen en el devenir del mundo.

emilio silvera

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Nov

10

¡La Física! Los Caminos de la Naturaleza

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en La Luz esconde muchos secretos    ~    Comentarios Comments (2)

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Conexiones sin fin que nos llevan a tener consciencia de Ser

 

El Tiempo, aunque a ciencia cierta no sabemos lo que es, sí sabemos que nos permite contar historias de hechos pasados, buscar las huellas que dejaron en nuestro mundo los cambios habidos en la Naturaleza, y, durante su inexorable transcurrir, van pasando cosas, se están produciendo cambios, y, la Entropía convierte lo nuevo en viejo, mientras que, esa otra clase de Entropía negativa, crea nuevas estrellas, nuevos mundos y nuevas criaturas.
Pero esas son otras historias y, el día de hoy hablaremos del…

¡Preludio a la relatividad! -Las ecuaciones de Lorentz-Fitzgerald- Éste último pensaba y decía cosas comos estas:

George Francis FitzGerald.jpg

          George FitzGerald

“… la telegrafía debe mucho a Euclides y otros geómetras puros, al griego y al árabe que fueron matemáticos magistrales que inventaron nuestra escala de numeración y el álgebra, de Galileo y Newton, que fundaron la dinámica, para que Newton y Leibniz inventaran el cálculo, para que Volta descubriera la galvánica bobina, a Oersted quien descubrió la acción magnética de las corrientes, que a Ampère descubriera las leyes de su acción, a Ohm que descubrió la ley de la resistencia de los cables, a Wheatstone, de Faraday, a Lord Kelvin, a Clerk Maxwell, Hertz a… Sin los descubrimientos, invenciones, y las teorías científicas resumen de estos hombres la telegrafía y otras maravillas y conocimientos…  ¡serían imposibles ahora!”

Hendrik Antoon Lorentz.jpg

    Hendrik Antoon Lorentz

Se le deben importantes aportaciones en los campos de la termodinámica, la radiación, el magnetismo, la electricidad y la refracción de la luz.  Formuló conjuntamente con George Francis FitzGerald una teoría sobre el cambio de forma de un cuerpo como resultado de su movimiento; este efecto, conocido como “contracción de Lorentz-FitzGerald”, cuya representación matemática de ella es conocida con el de transformación de Lorentz,  fue una más de las numerosas contribuciones realizadas por Lorentz al desarrollo de la teoría de la relatividad.

Fue, al igual que Henri Poincaré,  uno de los primeros en formular las bases de la teoría de la relatividad (frecuentemente atribuida primaria o solamente a Albert Einstein).  Fue ganador del Premio Nobel de Física en 1902, junto con su pupilo Pieter Zeeman,  por su investigación conjunta sobre la influencia del magnetismo en la radiación, originando la radiación electromagnética.  fue premiado con la Medalla Rumford en 1908 y la Medalla Coplay en 1918. Lorentz era hombre humilde y sencillo y le gustaba resaltar los logros de los demás:

                   Michael Faraday

“Como es probable que sepas, gran parte de nuestro conocimiento sobre la electricidad y el magnetismo se basa en los experimentos ingeniosísimos realizados por Michael Faraday en la primera parte del siglo XIX. Faraday era un experimentador genial, y descubrió numerosos fenómenos desconocidos hasta entonces, como la mutua. Estableció diversas leyes, pero no pudo elaborar una teoría global acerca del electromagnetismo porque sus conocimientos matemáticos no iban más allá de la trigonometría: hacía falta un teórico capaz de amalgamar el conocimiento adquirido por Faraday y otros experimentadores, como Hans Christian Ørsted, en una teoría general”.

Ese teórico era otro genio, James Clerk Maxwell, que estableció un conjunto de cuatro ecuaciones diferenciales bellísimas que describían de una manera extraordinariamente precisa los resultados de casi todos los experimentos de Faraday, Ørsted y compañía. Lo más sorprendente, el propio Maxwell y sus contemporáneos, fue una de las consecuencias inevitables de sus ecuaciones: la existencia de perturbaciones del campo eléctrico y el magnético que se propagaban por el espacio.”

A la contracción, Einstein le dio un marco teórico en la teoría especial de la relatividad. En teoría, un objeto de longitud l0 en reposo en un sistema de referencia parecerá, un observador en otro sistema de referencia que se mueve con velocidad relativa v con respecto al primero, tener longitud contraccion_l-f, donde c es la velocidad de la luz. La hipótesis original atribuía contracción a una contracción real que acompaña al movimiento absoluto del cuerpo. La contracción es en cualquier caso despreciable a no ser que v sea del mismo orden o cercana a c.

Resultado de imagen de la velocidad de escape de la TierraResultado de imagen de la velocidad de escape de la Tierra

             Si no alcanza esa velocidad, nunca podrá escapar de la Gravedad de la Tierra

Un objeto que se moviera a 11,2 Km/s (la velocidad de escape de nuestro planeta) experimentaría sólo una contracción equivalente a 2 partes por cada 1.000 millones en el sentido del vuelo. Pero a velocidades realmente elevadas, tal contracción sería sustancial. A unos 150.000 Km/s (la mitad de la velocidad de la luz) sería del 15%; a 262.000 Km/s (7/8 de la velocidad de la luz), del 50%. Es decir, que una regla de 30 cm que pasara ante nuestra vista a 262.000 Km/s nos parecería que mide sólo 15’24 cm, siempre y cuando conociéramos alguna manera para medir su longitud en pleno vuelo. Y a la velocidad de la luz, es decir, 300.000 Km/s en números redondos, su longitud en la dirección del movimiento sería cero. Puesto que, presuntamente, no puede existir ninguna longitud inferior a cero, se deduce que la velocidad de la luz en el vacío es la mayor que puede imaginarse el universo.

AetherWind.svg

                                                                                 experimento conocido de Michelson-Morley

Todo aquello fue posible gracia a que en 1893, el físico irlandés George Francis FitzGerald emitió una hipótesis explicar los resultados negativos del experimento conocido de Michelson-Morley.  Adujo que toda materia se contrae en la dirección del movimiento, y que esa contracción es directamente proporcional al ritmo (velocidad) del movimiento.

Según tal interpretación, el interferómetro se quedaba corto en la dirección del “verdadero” movimiento terrestre, y lo hacía precisamente en una cantidad que compensaba con toda exactitud la diferencia de distancias que debería recorrer el rayo luminoso.  Por añadidura, todos los aparatos medidores imaginables, incluyendo los órganos sensoriales humanos, experimentarían ese mismo fenómeno.

Parecía como si la explicación de FitzGerald insinuara que la Naturaleza conspiraba con objeto de impedir que el hombre midiera el movimiento absoluto, lo cual introducía un efecto que anulaba cualquier diferencia aprovechable para detectar dicho movimiento.

Este asombroso fenómeno recibió el de “contracción de FitzGerald”, y su autor formuló una ecuación para el mismo que, referido a la contracción de un cuerpo móvil, fue predicha igualmente, y de manera independiente, por H.A.Lorentz (1853-1928) de manera que, finalmente, se quedaron unidas como “Contracción de Lorentz-Fitz Gerald”.

El efecto Fitzgerald sobre longitudes y el efecto Lorentz sobre masas mantuvieron una conexión tan estrecha que aparecieron a menudo agrupadas como las ecuaciones Lorentz-Fitzgerald.

La dilatación del tiempo es el fenómeno predicho por la teorçia de la relatividad,  por el cual un observador observa que el reloj de otro (un reloj físicamente idéntico al suyo) está marcando el tiempo a un ritmo menor que el que mide su reloj. Esto se suele interpretar normalmente como que el tiempo se ha ralentizado para el otro reloj, pero eso es cierto solamente en el contexto del sistema de referencia del observador. Localmente, el tiempo siempre está pasando al mismo ritmo. El fenómeno de la dilatación del tiempo se aplica a cualquier proceso que manifieste cambios a través del tiempo.

fórmula para determinar la dilatación del tiempo en la relatividad especial es:

\Delta t = \gamma \ \Delta t_0 = \frac{\Delta t_0}{ \sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}} \,

Donde:

 

\Delta t_0 \, es el intervalo temporal entre dos eventos co-locales para un observador en algún sistema de referencia inercial. (por ejemplo el número de tic tacs que ha hecho su reloj)
\Delta t \, es el intervalo temporal entre los dos mismos eventos, tal y como lo mediría otro observador moviéndose inercialmente con velocidad v, respecto al primer observador
v \, es la velocidad relativa entre los dos observadores
c \, la velocidad de la luz y
\gamma = \frac{1}{\sqrt{1-v^2/c^2}} \,
es el también conocido como factor de Lorentz

De esta manera la duración del un ciclo de reloj del reloj que se mueve se ha incrementado: esta “funcionando más despacio”. Según lo indicado las transformaciones de Lorentz  pueden ser utilizadas para casos más generales.

Postulados de la Relatividad Especial

 

  • Primer postulado:  Principio especial de relatividad: Las leyes de la física son las mismas en todos los sistemas de referencia inerciales. En otras palabras, no existe un sistema inercial de referencia privilegiado, que se pueda considerar como absoluto.
  • Segundo postulado: Invariancia de c: La velocidad de la luz en el vacío es una constante universal, c, que es independiente del movimiento de la fuente de luz.

 

  Aquí podemos ver el tiempo que tarda la luz en llegar desde la Tierra a la Luna situada a más de 380.000 Km

 Einstein que se apropió de aquella idea (de Lorentz) y, además, la amplió al contraer también el Tiempo. La contracción de la longitud ha sido verificada en el diseño, por ejemplo, del acelerador lineal de la Universidad de Stanford. Las partículas salen con una velocidad v = 0,999975c, por tanto, metro de tubo acelerador es “visto” por los electrones como 144 metros. Si, según la expresión anterior, un cuerpo con masa se moviera a la velocidad c desaparecería por contracción de su longitud para un observador en reposo, lo cual refuerza el carácter inalcanzable de velocidad. Si los objetos con masa alcanzan este límite de velocidad la estructura básica de la realidad se desvanece. Por otra parte, vemos que cualquier influencia que afecte al tiempo también lo hará con el espacio. Esto no nos debe de extrañar, ya que ambas magnitudes se encuentran íntimamente relacionadas por lo único que se nos mantiene invariable: la velocidad de la luz. En relatividad hablamos de espacio-tiempo ya que son inseparables.

A la contracción, Einstein, le dio un marco teórico en la teoría especial de la relatividad. En teoría, un objeto de longitud /0 en reposo en un sistema de referencia parecerá, para un observador en otro sistema de referencia que se mueve con velocidad relativa v con respecto al primero, tener longitud /0 , donde c es la velocidad de la luz. La hipótesis original atribuía esta contracción a una contracción real que acompaña al movimiento absoluto del cuerpo. La contracción es en cualquier caso despreciable a no ser que v sea del mismo orden o cercana a c.

Resultado de imagen de la contracción de Lorentz

Un objeto que se moviera a 11 km/s (la velocidad de escape de nuestro planeta) experimentaría sólo una contracción equivalente a 2 partes por cada 1.000 millones en el sentido del vuelo. Pero a velocidades realmente elevadas, tal contracción sería sustancial. A unos 150.000 km/seg. (la mitad de la velocidad de la luz, c), sería del 15%; a 262.000 km/seg. (7/8 de la velocidad de la luz), del 50% Es decir, que una regla de 30 cm. que pasara ante nuestra vista a 262.000 km (seg., nos parecería que mide sólo 15’54 cm…, siempre y cuando conociéramos alguna manera medir su longitud en pleno vuelo. Y a la velocidad de la luz, es decir, 300.000 km/seg., en números redondos, su longitud, en la dirección del movimiento, sería cero.  Puesto que, presuntamente, no puede existir ninguna longitud inferior a cero, se deduce que la velocidad de la luz en el vacío es la mayor que puede imaginarse en el Universo. (Pero ¿existir también?).

El físico holandés Hendrik Antón Lorentz, como hemos dicho, promovió ésta idea pensando en los rayos catódicos (que ocupaban su actividad por aquellas fechas), se hizo el siguiente razonamiento: si se comprimiera la carga de una partícula reducir su volumen, aumentaría su masa.  Por consiguiente, una partícula voladora, escorzada en la dirección de su desplazamiento por la contracción de Fitz Gerald, debería crecer en términos de masa.

Resultado de imagen de Un objeto que corra a velocidades cercanas a la de la luz, verá incrementada su masa

          Un objeto que corra a velocidades cercanas a la de la luz, verá incrementada su masa. Haces de muones lanzados por el LHC a velocidades relativistas, incrmentaron su masa diez veces.

Lorentz presentó una ecuación sobre el acrecentamiento de la masa, que resultó muy similar a la ecuación FitzGerald sobre el acortamiento. A 149.637 kilómetros por segundo, la masa de un electrón aumentaría en un 15%; a 262.000 km/seg., en un 100% (es decir, la masa se duplicaría); y a la velocidad de la luz, su masa sería infinita.  Una vez más pareció que no podría haber ninguna velocidad superior a la de la luz, pues, ¿cómo podría ser una masa mayor que infinita? El efecto FitzGerald sobre longitudes y el efecto Lorentz sobre masas mantuvieron una conexión tan estrecha que aparecieron a menudo agrupadas las “ecuaciones Lorentz-FitzGerald.”

Mientras que la contracción FitzGerald no podía ser objeto de mediciones, el efecto Lorentz sobre masas si podía serlo…, aunque indirectamente. De hecho, el muón, tomó 10 veces su masa original fue lanzado, a velocidades relativistas, en el acelerador de partículas, lo que confirmó la ecuación de Lorentz. Los experimentos posteriores, han confirmado las ecuaciones de ambos: a velocidades relativistas, las longitudes se contraen y las masas se incrementan.

                                                                   Nada puede viajar a la velocidad de la luz

Como es conocido por todos, Einstein adoptó estos descubrimientos y los incorporó a su teoría de la relatividad especial que, aunque mucho más amplia, recoge la contracción de FitzGerald y el aumento de la masa de Lorentz cuando se alcanzan grandes velocidades.

¡Qué cosas!

Algunas veces pienso que, los artistas en general, y los poetas en particular, tendrían que adaptar e incluir a sus esquemas artísticos y poéticos, los adelantos científicos, para asimilarlos en las diversas expresiones y sentimientos que serán después puestos al servicio del consumo humano.

Estos adelantos científicos serían así coloreados con las pasiones humanas y transformadas, de alguna , en la sangre, y por qué no, los sentimientos de la naturaleza humana.

Posiblemente, de haberlo hecho así, el grado general de conocimiento sería mayor.

emilio silvera

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Nov

10

Una Supernova, cerca de la Tierra… ¡Causaría estragos!

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Supernova    ~    Comentarios Comments (0)

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Japón se prepara para el estallido de la próxima supernova

Un sistema informático emplea la información que llega al observatorio de neutrinos Super-Kamiokande para detectar el estallido de una estrella en el momento que suceda

Reconstrucción de la supernova 1987A a partir de observaciones de telescopios en distintas longitudes de onda ESO/NASA/ESA

El 24 de febrero de 1987, desde el observatorio chileno de Las Campanas se detectó un intenso brillo en el cielo. Era una supernova producida por el estallido de una estrella que había agotado su combustible. El cataclismo se había producido a las afueras de la Nebulosa de la Tarántula, en la Gran Nube de Magallanes, una galaxia enana situada en el vecindario de nuestra Vía Láctea. Este fenómeno, que solo se produce en nuestro entorno galáctico tres o cuatro veces cada siglo, permitió además detectar los primeros neutrinos procedentes de fuera del Sistema Solar. La captura de esos neutrinos extrasolares se produjo en el observatorio japonés Kamiokande. Aunque eran solo 24, proporcionaron gran cantidad de información sobre la supernova e hicieron merecedor del Nobel de física Masatoshi Koshiba.

Resultado de imagen de Los neutrinos

Los neutrinos son unas partículas sin carga eléctrica que interactúan muy poco con el resto de la materia y pueden viajar por el cosmos sin verse afectados por los campos magnéticos que desvían otro tipo de partículas. Eso hace fácil determinar su origen y les convierte en buenos mensajeros para estudiar violentos fenómenos como las supernovas o los agujeros negros. El observatorio de Kamioka, construido en una mina a un kilómetro bajo tierra a principios de los 80, fue sustituido por una versión mejorada del experimento. Un gran tanque de 45 metros de diámetro por 45 metros metros de altura, lleno con 50.000 toneladas de agua pura, sirvió como trampa para atrapar estas escurridizas partículas.

 

Aún no se sabe por qué no se ha podido encontrar la estrella de neutrones que debió quedar tras la supernova de 1987

http://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/sk/gallery/wme/sk_02-wm.jpg

                                               Super-Kamiokande

Ahora, según adelantaba la Agencia Sinc esta semana, los miembros de la colaboración internacional de científicos que trabaja en Super-Kamiokande han desarrollado un sistema de vigilancia para estar listo en caso de que estalle una supernova y poder detectarla. Según explica Luis Labarga, investigador de la Universidad Autónoma de Madrid y uno de los autores del artículo que explica el plan en la revista Astroparticle Physics, “se trata de un sistema informático que está analizando constantemente los datos que va recogiendo el detector para ver si hay algún tipo de exceso de flujo, de sucesos, que permita obtener una pequeña estimación probabilística de si es o no una supernova”. “La idea es poder saber si ha ocurrido una supernova en las siguientes horas o minutos a que suceda”, añade.

En caso de que la respuesta de esta alerta temprana sea positiva, se enviaría un aviso a observatorios de todo el mundo con las coordenadas del lugar del cielo en el que ha ocurrido para que puedan estudiar el fenómeno. “La ventaja de Super-Kamiokande es que si existe una supernova galáctica lo va a ver siempre porque no está mirando a ningún lado. Los telescopios ópticos, sí”, apunta Labarga.

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Cuando estalla una supernova, la mayor parte de la energía que se libera lo hace en forma de neutrinos. Por eso, los estudiar estas partículas puede ayudar a entender bien estos fenómenos. Algunos de los objetos que se pueden estudiar mejor gracias a este nuevo tipo de astrofísica son las estrellas de neutrones y los agujeros negros, monstruos de materia superconcentrada que aparecen cuando las estrellas se colapsan bajo su propia gravedad.

Uno de los misterios que han rodeado a la supernova detectada en 1987 procede de la imposibilidad de detectar la estrella de neutrones que debería haber quedado tras el estallido de la estrella original. Algunas hipótesis para explicar la ausencia de esa estrella apuntan a que podría haber acumulado materia suficiente para producir un nuevo colapso y acabar convertida en un agujero negro. Gigantescas trampas para neutrinos como la japonesa de Kamioka pueden ayudar a resolver este y otros enigmas.

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Nov

8

¿La Tierra? ¡Una maravcilla!

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en El Planeta Tierra    ~    Comentarios Comments (3)

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¿Alguna vez has querido viajar a otros mundos y descubrir que hay más allá de tus fronteras? ¿Quieres conocer lugares que ni siquiera imaginarias que existen? Para esto no hace falta trabajar en la NASA ni salir de nuestra atmósfera, porque en nuestro planeta tenemos lugares que parecen sacados de otro planeta, lugares que en cuanto veas las imágenes no creerás que pertenecen a la Tierra. Te traigo algunos de ellos.

Lago Natron, Tanzania

Dicen que en este lago los animales se convertían en piedra, pero ¿es cierta esta leyenda?  Este lago de agua salada y sin salida al mar,  está ubicado en la región oriental del continente africano, más precisamente, en la frontera entre Kenia y Tanzania, sobre el Gran Valle del Rift. Este lago es de los más calmados de áfrica pero al estar cerca del estratovolcán Ol Doinyo Lengai, muchos de sus compuestos son químicos.

natron lagoImagen: discoverytumundo.blogspot.com

Desde este lago se suelen extraer distintos tipos de sales de cloro, sodio y magnesio. Sus aguas alcalinas tienen un increíble pH de 10.5 y puede provocar serias quemaduras en la piel y en los ojos de los animales que allí se acercan y que, lógicamente, aún no han logrado adaptarse.  El carbonato de sodio, uno de los compuestos químicos que más abunda en el lago, es justamente uno de los que más se empleaban en el Antiguo Egipto para la momificación, actuando como un conservante muy eficaz.

Monte Roraima, Venezuela

Existe un mundo perdido y está en Venezuela. Este lugar es uno de los lugares más antiguos de la corteza terrestre y precisamente a Arthur Conan Doyle le sirvió de inspiración para su novela “El mundo perdido”. Esta meseta tan extensa está sobre la sabana tropical venezolana en el Parque Nacional de Canaima. Tiene 31 kilómetros cuadrados de superficie y está rodeada de acantilados verticales de 400 metros de caída.

Imagen: www.hike-venezuela.comImagen: www.hike-venezuela.com

imagen: www.dailymail.co.ukimagen: www.dailymail.co.uk

Lago Spotted, Canadá

El conocido como Lago Manchado es una de las atracciones naturales conocidas de Canadá. Esta a unos 100 kilómetros al este de Vancouver y muy cerca de la frontera con Estados Unidos y debe su particular aspecto a la alta concentración de minerales tan diferentes, como sulfato de magnesio, calcio y sulfatos de sodio. Sin embargo es en verano, cuando el sol evapora parte de su agua y su imagen es francamente espectacular.

lago spottedImagen: papo-viagem.blogspot.com

spotted lakeImagen: www.jardimdomundo.com

Volcan Mutnovsky, Rusia

Esta cueva parece sacada de un cuento. Descubierta hace pocos años, en 2012, en una expedición en la Península de Kamchatka, en Siberia, fue excavada en el hielo glaciar por un río de aguas termales del volcán Mutnovsky y posiblemente en la actualidad ya no exista por haberse derretido. Sin embargo, merece la pena disfrutar de estos momentos que la naturaleza, tan caprichosamente, nos brinda.

Imagen: Denis BudkoImagen: Denis Budko

Imagen: Mikhail ZelenskyImagen: Mikhail Zelensky

Imagen: Natalia BalentsovaImagen: Natalia Balentsova

Badab-e-Surt, Irán

Ahora que llega el veranito apetecen los baños en sitios naturales. Badab-e Surt es un sitio natural en la provincia de Mazandaran en el norte de Irán. Se compone de una serie de formaciones escalonadas (terrazas de travertino) que se ha creado a lo largo de miles de años.

Badab-e Surt son dos manantiales de aguas minerales con diferentes características naturales, situados a 1840 metros de altitud. El primer manantial contiene agua muy salada que se reúne en una pequeña piscina natural y su agua se considera que tiene efectos medicinales, especialmente como cura para el reumatismo y algunos tipos de enfermedades de la piel. El segundo manantial tiene un sabor amargo y es predominantemente naranja debido a los grandes sedimentos de óxido de hierro en su salida.

Imagen: blog.ideales.grImagen: blog.ideales.gr

Caño Cristales, Serrania de la Macarena, Colombia

Dicen de él que es el río más hermoso del mundo, y nosotros desde luego no vamos a desmentirlo. También dicen de él que es un río de cinco colores y es que, ubicado en la sierra de La macarena en el departamento de Meta en Colombia, está lleno de pozas, saltos y cascadas además de tonalidades que van del rojo, al amarillo pasando por el verde, azul y negro.

Imagen: www.cano-cristales.comImagen: www.cano-cristales.com

Lago Baikal, Rusia

Este lago es el lago más grande de agua dulce del planeta, de hecho contiene el 20% de las aguas continentales no heladas. Un solo lago alberga casi un cuarto de las reservas mundiales de agua dulce.  Si este lago se vaciará por completo, se tardaría aproximadamente un año en volver a llenarlo uniendo todos los ríos del planeta, incluyendo el Nilo y el Amazonas.

Imagen: www.mundologia.esImagen: www.mundologia.es

Geiser Fly, Nevada, Estados Unidos

Esta maravilla es casi casi natural. En 1916 en Nevada, un grupo de hombres decidió perforar el terreno para encontrar agua para los cultivos y los animales. Efectivamente dieron con el agua, pero con una termal de más de 200 grados centígrados.

geiser

Este géiser improvisado no cesó su actividad y, gracias al carbonato cálcico que el agua termal lleva disuelta, empezó a formar un sistema de conos y toda una serie de estructuras en forma de terrazas y piscinas de una gran belleza que destacan por sus vivos colores. Colores extraordinariamente fotogénicos fruto del carbonato depositado y de las bacterias y algas termófilas (amantes del agua caliente) que viven alrededor.

Lo malo es que el geiser no tiene una entrada abierta al público, ya que pertenece a un rancho privado llamado “Fly Ranch”.

Pamukkale, Turquía

Impresionante esta cascada blanca en Turquía, que es en realidad un travertino, pero blanco. En Pamukkale podremos disfrutar de uno de esos lugares cuyo curioso origen natural, singularidad y belleza hacen que su visita sea obligada cuando se viaja a Turquía.

Imagen: www.wanderlustturkey.comImagen: www.wanderlustturkey.com

Son en realidad depósitos de calcio que han formado aguas termales naturales en una extensión de nada más y anda menos que 300 km2. El agua circulante por la superficie se encuentra a más de 35º C, motivo por el que los baños termales de Pamukkale son conocidos desde la antigüedad.

Calzada de los Gigantes, Irlanda del Norte

Uno de los fenómenos geológicos más singulares de la naturaleza, la conocida como la Calzada del Gigante, formada por varias de cenas de miles de columnas de basalto algunas con más de diez metros de altura y casi todas hexagonales. ¡No os la perdáis!

calzada gigante2

calzada gigantes

Si te han gustado estas escapadas tan originales, puedes descubrir muchas más en mi cuenta de Twitter: @EscapadasTiempo

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