Identificación por RadioFrecuencia (RFID)Los dispositivos RFID son comunes ahorapara rastrear los tiempos de los corredores.Página 6.

¿Cómo funciona unapila?Las baterías que “acumulan”químicamente electricidadpueden ser recargables o norecargablesPágina 7.

Fascículo 17

RETO¿Existirán más granos de arena en un montículo dearena que átomos en un simple grano de arena?

Página 4.

El gobierno de Malasia presentó lo que anunciacomo el microchip más pequeño del mundoelaborado con radiotecnología. Según la prensaespecializada, es fruto de más de dos años deinvestigación y desarrollo y, en su versión másdiminuta, mide 0,7 mm por 0,7 mm.

De la electrónica a la espintrónica

Sabías que...En condiciones nor-males, un milímetrocúbico de aire tiene30 000 billones demoléculas, las cualesestán separadas entresí por distancias diezveces mayores que sudiámetro.

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¿Qué es un transistor?Fisicosas

El transistor es el componente principal en los circuitos dela mayoría de los utensilios electrónicos que nos rodean.Es un dispositivo semiconductor que se utiliza paraamplificar señales, abrir/cerrar circuitos, rectificar, comoregulador de voltaje, modulador de señales y oscilador. Eltransistor viene a sustituir al “triodo”, un tubo de vacío detres terminales que se caracterizaba, en los circuitoselectrónicos de antaño, por su relativo tamaño y altastemperaturas. El transistor fue inventado en los LaboratoriosBell de Estados Unidos en 1947, por John Bardeen, WalterBrattain y William Shockley, por lo que se les otorgó elPremio Nobel de Física en 1956.El transistor tiene tres terminales: emisor, colector y base.Cuando se utiliza como amplificador, por ejemplo, unapequeña corriente entre la base y el emisor puede modularla que circula entre emisor y colector, la cual apareceamplificada. Los diferentes efectos electrónicos que sepueden lograr con un transistor han conducido a una varie-dad de tipos, permitiendo al ingeniero electrónico granversatilidad en el diseño de circuitos.Más aún, el proceso de miniaturización ha resultado en losconceptos de circuito integrado, microcircuitos que inclu-yen millones de transistores y otros componentes electróni-cos, y del microprocesador o “chip” que es un circuitointegrado que procesa toda la información en los compu-tadores.

Isbelia Martín (Universidad Simón Bolívar, Caracas)

Claudio Mendoza (IVIC/CeCalCULA)

l momento de conceder esta entrevista, Yara Jaffé estaba en La Palma,Islas Canarias, España, en medio de una tormenta de nieve que, mientrasno despejara, le impediría observar a través del telescopio de un

observatorio ubicado en esa localidad. Precisamente, había viajado hasta alládesde Inglaterra, donde cursa el doctorado, a cumplir varias jornadas de observacióndel espacio, un trabajo que, como ella misma describe, podría compararse conviajar a China, “porque se duerme de día y se trabaja de noche”, bromea.Viajar a lugares maravillosos es, en realidad, una de las grandes ventajas de laprofesión que escogió, opina. Los astrónomos pueden trasladarse a los sitios dondeestán los grandes telescopios de observación y también asisten a congresos yencuentros científicos para debatir sobre sus investigaciones y hallazgos.¿En qué tipo de investigación estás participando en estos momentos?Actualmente estoy investigando la evolución de galaxias elípticas (como se llamaa las que no tienen brazos). Queremos establecer cuánto dependen las carac-terísticas de estas galaxias del ambiente donde habitan, ya que pueden encontrarsesolas o agrupadas. Esto lo investigamos en cúmulos de galaxias que se encuentrana un corrimiento al rojo intermedio, es decir, observadas cuando el Universo eramás joven que ahora, cuando era adolescente, si se quiere. Las observaciones nosdan información sobre estas galaxias que nos ayudan a entender su historia, cómoevolucionaron a lo que son hoy.¿Cómo es el trabajo de un astrónomo?El astrónomo de hoy no está detrás del ojo de un telescopio viendo los crátereslunares. Ya no es estrictamente necesario ir a observar por medio de los telescopiospara hacer astronomía. Actualmente la data viene en formato digital, y haymuchísima información disponible en Internet con la que se puede hacer ciencia(el Observatorio Virtual es un ejemplo). Sin embargo, hay investigadores queprefieren ir personalmente a observar cuando es posible, porque sin duda algunaes algo fabuloso. También se puede observar en modo servicio, lo que quiere decirque observan por uno y luego mandan la data recolectada para que el investigadorde cabecera haga el análisis y saque resultados. El personal que se encarga de esto(observadores, técnicos e ingenieros) es indispensable para el desarrollo de laastronomía. Ellos sí se exponen frecuentemente a estos horarios y a condicionesclimáticas fuertes en muchos casos, ya que muchos observatorios están ubicadosen zonas de bastante altitud.Se trata más bien de trabajar con una computadora.El día a día del astrónomo es graficar puntos, hacer estadísticas, analizar imágenesde los telescopios para sacar información relevante, pelear con algún programade computación, entre otras cosas. También, como todo científico, nos dedicamosa leer artículos publicados por otros investigadores y, sobre todo, a tratar de dara conocer nuestro propio trabajo, para difundir los resultados obtenidos en lacomunidad científica y a veces en medios de divulgación general, y así colaborarcon un avance global.

Yara Jaffé

Jaffé es una joven científica que se ha dedicado aestudiar las galaxias elípticas para tratar de entendersu origen y cómo evolucionaron.A Yara Jaffé siempre le gustó cuestionar todo y por esotomó la decisión de estudiar física, porque la ciencia leofrecía “responder todas las preguntas que quisiera, cosaque no prometían otras carreras”. Ve a la ciencia pura, aqué-lla que no tiene objetivos pragmáticos inmediatos, “tansublime como el arte: mientras más 'inútil', más hermoso”.De sus estudios de bachillerato, recuerda a sus profesoresde literatura, de física y química. “Ellos me enseñaron muchomás que a meterme la camisa por dentro del pantalón y,de alguna forma, me ayudaron a alimentar la motivaciónpara seguir mis estudios en ciencia”.Para poder llegar a la astronomía, que era lo que en verdadquería, estudió primero física en la Universidad SimónBolívar, Caracas. Tener que hacer este rodeo la desanimóa veces, pero ahora cree que valió la pena. Luego hizo sutesis en Mérida, en el Centro de Investigaciones deAstronomía (CIDA), donde se enfrentó a muchas cosasnuevas.Con 23 años, Jaffé cursa actualmente un PhD en laUniversidad de Nottingham, Inglaterra, donde hayestudiantes de muchas partes del mundo, con distintasexperiencias, lo que le parece enriquecedor. “Creo que siuno tiene la oportunidad de vivir de lo que a uno le gustahacer, es un ser muy afortunado”.

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Eduardo Röhl y el nuevo Observatorio

ara 1945, cuando Eduardo Röhl (1891-1959) era director del Observatorio Cajigal, lastareas que el Observatorio tenía desde su creación fueron reducidas al registro sismo-lógico y a la astronomía, ya que en 1947 la meteorología pasó a ser responsabilidad

de la Fuerza Área Venezolana. Aparte de los registros de los viejos sismógrafos, muy poco sepodía hacer en astronomía, cuyos anticuados instrumentos hacían imposible cultivar estadisciplina.A principios de la década de 1950, Röhl se lanza a la idea de renovar los equipos del Observatorio,especialmente los de astronomía con el fin de colocarlo a un nivel adecuado para la época.Su proyecto cuenta con el respaldo del entonces presidente de Venezuela, el general MarcosPérez Jiménez, quien en 1953 lo autoriza a hacer una gira por diversos observatorios delmundo en busca de ideas y asesoría. Al fin las consigue en Alemania, en la persona de OttoHeckmann (1901-1983), entonces director del Observatorio de Hamburgo. Heckmann loaconseja en la compra de una serie de artefactos que permitiría al Observatorio Cajigal sacarventaja de su situación en el Ecuador, convirtiéndose en un observatorio-puente entre losboreales y los australes. Para ello requería adquirir nuevos telescopios, así como otros equiposde alta precisión, y aprovechando el prestigio que tenía Alemania en la construcción de estetipo de instrumentos de óptica, Röhl los encarga a las Casas Zeiss y Askania.

La física en la historia

busca respuestas en el Universo adolescente

Yajaira Freites, Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas, Caracas

Jesús González, Universidad de Los Andes,Mérida

ace 80 años los físicos teóricos setoparon con un serio problema:no encontraban una descripción

matemática para las partículas elementalesque fuera consistente tanto con la teoríaespecial de la relatividad de Einstein comocon la nueva teoría de la mecánica cuánti-ca. En 1927, Erwin Schrödinger publicó sufamosa ecuación de ondas para describirel movimiento de un electrón, pero en ellano tomó en cuenta que los electrones sonpartículas relativistas. Perturbado por estasituación, Paul Dirac trató de encontraruna solución al problema, y al año siguien-te publicó la famosa ecuación que lleva sunombre. Matemáticamente, esto resultóuna proeza ya que lograba predecir dosfenómenos físicos totalmente inesperados.El primero fue la existencia de la antimate-ria, comprobada experimentalmente en1932 con el descubrimiento del positrón(un “anti-electrón”). El segundo fue el espín(momento angular intrínseco) del electrón,el cual solamente posee dos posiblesorientaciones en presencia de un campomagnético: paralelo (espín-up) o antipara-lelo (espín-down).Entre noviembre y diciembre de 1947,apenas 42 años después del “Año milagro-so” de Albert Einstein, tres científicos ameri-canos, John Bardeen, Walter H. Brattain yWilliam B. Shockley, quienes trabajabanen los Laboratorios Bell en Estados Unidos,crearon un dispositivo basado en unmaterial semiconductor de germanio queamplificaba la corriente eléctrica. Estedispositivo fue bautizado con el nombrede transistor. Hasta ese momento toda laelectrónica estaba basada en tubos devacío de gran tamaño recubiertos con uncascarón de vidrio que los hacía muy frági-les y generaban mucho calor. Este primerprototipo tenía dimensiones de aproxi-madamente 3 x 3 cm2, y rápidamente elgermanio fue sustituido por el silicio queera mucho más estable a altas tempe-raturas. Hoy en día, un procesador (chip)de un circuito electrónico contiene millo-nes de transistores.La invención del transistor es, sin lugar adudas, la más importante de la física delestado sólido del siglo XX, y ha sido la basedel impresionante desarrollo de la electró-nica en los últimos 50 años. Curiosamente,el mes de diciembre de 1947 se conoce

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como el “Mes milagroso”, ya que todos loscolaboradores cercanos a estos tres inves-tigadores (Nobel de Física en 1956) parti-ciparon en la creación del pujante parquetecnológico de California (EEUU) conocidocomo Silicon Valley, y fueron fundadoresde casi todas las industrias transnacionalesde electrónica conocidas hoy día comoFairchild, Intel y muchas otras.El electrón se sitúa en el corazón de larevolución de la microelectrónica, y permi-te el funcionamiento de los transistores yotros dispositivos de la industria de lossemiconductores basados en el silicio.Estos dispositivos, que hacen funcionardesde los hornos de microondas hasta las

sondas espaciales, solamente utilizan eltransporte de carga eléctrica del electrón,mientras que su espín, anunciado por Dirachace 70 años, ha sido industrialmenteignorado.Una razón para ello ha sido el éxito feno-menal obtenido en la miniaturización delos dispositivos. En efecto, en los últimos40 años, el número de transistores por uni-dad de área que pueden ser colocados enel interior de un chip de silicio de un com-putador se ha doblado cada 18 meses. Estatendencia se conoce como la ley de Moo-re. Sin embargo, nos estamos rápidamenteaproximando al límite.

De la electrónicaEl transistor quizás sea la inven-ción más importante del sigloXX, y la historia detrás de la in-vención es una de egos encon-trados y pesquisas secretas.Ira Flatow (EEUU, 1949)

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Para que la Ley de Moore pueda seguiroperando, necesitamos encontrar unaalternativa a la microelectrónica conven-cional, y ha llegado el momento de explo-tar el espín del electrón en los dispositivossemiconductores. Mientras que losdispositivos electrónicos convencionalesse fundamentan solamente en el controldel flujo de carga eléctrica, un dispositivo“espintrónico” puede también controlar elflujo de los espines electrónicos (denomi-nado “corriente de espines”) dentro deldispositivo, añadiendo por lo tanto ungrado de libertad adicional.Ya que el espín de un electrón puede cam-biar desde un estado (espín-up) hasta el

otro estado (espín-down) mucho más rápi-do que el movimiento de la carga electró-nica en un circuito, se estima que los dis-positivos espintrónicos pueden funcionarmás rápido y producir menos calor quelos componentes de la microelectrónicaconvencional. Por lo tanto, uno de losobjetivos fundamentales es construir tran-sistores basados en el espín del electrónque puedan reemplazar a los transistoresconvencionales en los circuitos lógicosintegrados y en los dispositivos de memo-ria, permitiendo entonces continuar laminiaturización.Por otro lado, la espintrónica puede tam-bién abrir la puerta a nuevos tipos de dis-

positivos como los diodos emisores de luz(LED) capaces de generar luz para su utili-zación, por ejemplo, en comunicacionescifradas. Mirando un poco más hacia elfuturo, los dispositivos espintrónicos tam-bién podrían ser utilizados en unidadesde procesamiento de los esperados com-putadores cuánticos.El espín del electrón es hoy en día un enor-me negocio inclusive fuera de la industriade los semiconductores. En efecto, existendispositivos espintrónicos metálicosprácticamente en cada computadora denuestro planeta. En 1988, Peter Grünbergdel Centro de Investigaciones Jülich,Alemania, y Albert Fert de la UniversidadParís-Sur, Francia, descubrieron inde-pendientemente la magneto-resistenciagigante (GMR), la cual hace posible quelas cabezas lectoras de los discos duros delos computadores sean mucho más sensi-bles a pequeñas variaciones en los camposmagnéticos. Este efecto aumenta la capa-cidad de almacenamiento al permitir quela información sea depositada en regionesmucho más pequeñas de la superficie delos discos. Este importante descubrimientoles valió a los autores el Premio Nobel deFísica del año 2007.Sin embargo, para que la revolución de laespintrónica pueda tener lugar, los físicosnecesitan encontrar la manera de inyectar,manipular y detectar el espín de los elec-trones en los dispositivos semiconductoresya que van a continuar siendo funda-mentales. La manipulación de los espineses, en teoría, relativamente sencilla, perosu inyección y detección en condicionesprácticas constituye un enorme reto enlos próximos años.

El resultado combinado de varias personastrabajando juntas es, por lo general, muchomás efectivo que el del científico individual

que trabaja solo.

a la espintrónica

John Bardeen (EEUU, 1908-1991), acompañadode los premios Nobel de Física William Shockleyy Walter Brattain.

Detalle del desarrollo de un transistor espintrónico. Espintrónica al nivel atómico.

Heteroestructura vista en el microscopio electrónicopara la potencial construcción de equipo espintrónico.

SABÍAS QUE... La ley de Moore afirmaque los microprocesadores duplican supotencia y capacidad cada 18 o 24 me-ses. Esta ley se ha cumplido desde quefue enunciada en 1965 por GordonMoore, cofundador de la compañía Intel.El desarrollo e importancia de los com-putadores no pudo imaginárselo Tho-mas Watson, fundador de IBM, quienteniendo en cuenta el costo y compleji-dad de un computador se atrevió a decir,en 1943: "Creo que en el mundo haymercado para unos cinco computadorescomo mucho“.El chip de silicio, base de los micropro-cesadores, fue inventado por Jack Kilbyen 1958.

l récord nacional en carrera de maratón lo ostenta Rubén Maza (2 horas,12 minutos y 2 segundos). Carlos Tarazona y Milagros Lugo también han sidograndes exponentes de esta disciplina deportiva representando a Venezuela en

diferentes competencias a nivel nacional e internacional. Luis Rudas es considerado elmás internacional de los maratonistas de nuestro país (nos representó en la Copa delMundo en Japón).Un maratón es una prueba atlética de resistencia que consiste en correr a pie la distanciade 42,195 km. Forma parte del programa olímpico en la categoría masculina desde 1896,y, en 1984, se incorporó la categoría femenina.Su origen se encuentra en la gesta del soldado griego Filípides, quien en el año 490 a.C.murió de fatiga tras haber corrido unos 40 km desde la batalla de Maratón hasta Atenaspara anunciar la victoria sobre el ejército persa. En honor a la hazaña de Filípides, se creóuna competencia con el nombre de "maratón" que fue incluida en los juegos olímpicosmodernos.La utilización de dispositivos RFID (siglas de Radio Frequency IDentification; en español:Identificación por Radio Frecuencia) comenzó en la carrera de las Siete Colinas deNijmegen, Holanda (1993), y fue introducida oficialmente en el maratón de Berlín (1994).Hoy en día, esta tecnología se usa en los maratones más importantes del mundo (NuevaYork –foto–, Londres, Boston, Chicago y París) así como en otro tipo de pruebas: ironmans,triatlones, duatlones, etc. El éxito ha sido alcanzado por la combinación de varias antenassincronizadas, alta tecnología analógica y digital y un software específico dedicado almanejo de datos.¿Cómo funciona este sistema?Al atleta se le entrega un dispositivo que se coloca dentro de uno de sus zapatos decorrer, el cual lo identifica. En la salida, en varios tramos de la carrera y en la meta, sedisponen unos emisores y receptores dentro de unas finas alfombras de tartán. Cadavez que un atleta cruza una alfombra, el chip se activa y envía su número de identificacióny hora de paso por ese lugar. El computador recibe los datos de cada corredortales como las horas de salida, las intermedias y las de llegada, logrando manejarhasta 5.000 atletas simultáneamente y dando resultados exactos para cada uno de ellos.

Prueba y verás

oma una trenza de zapato larga(preferiblemente de las planas). Ata enun extremo un llavero y en el otro una

argolla. Agarra un lápiz con una mano y, con laotra mano, la argolla. Pasa por encima del lápizla trenza, la cual quedará tensa y horizontal res-pecto al piso debido, por un lado, a la acción delpeso del llavero y, por el otro, a la mano que aga-rra la argolla. Las manos deben quedar suficien-temente separadas. Ahora, suelta la argolla yobserva qué sucede.

¡El llavero no llega a caer al piso! ¿Qué pasa?

Al soltar la argolla, el llavero empieza a caer porsu peso. Pero la argolla también empieza a caerdescribiendo un arco circular producido por latensión en la trenza, lo que le hace enrollarse enel lápiz varias veces. Como resultado de la fuerzade roce entre la trenza y el lápiz, ésta se frena ypor lo tanto el llavero no cae al piso.

Parque Tecnológico de Mérida

La trenza enrollada

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RFID y maratónDeportes

Rogelio F. Chovet

uando algo se rompe tratamos de repararloutilizando gomas de pegar. ¿Cómo actúan estoslíquidos pegajosos? Parece que la respuesta

inmediata es decir que estos pegamentos poseen unafuerza intermolecular o de cohesión grande, y la utilizanpara unir las moléculas de, por ejemplo, una taza que sequebró. Sin embargo, si ésta fuera la respuesta, ¿por quéno unimos las partes de la taza para que sus fuerzasmoleculares hagan lo mismo que el pegamento? Es verdadque los pegamentos se adhieren por la atracción molecularentre las superficies y el material aplicado. La mayoría delos pegamentos son líquidos para poder establecer uncontacto íntimo entre las superficies y el pegamento.

Para que dos superficies se adhieran deben estar a unoscuantos “angstroms” de distancia (un angstrom mide 10-10

metros). Este es aproximadamente el tamaño de los átomosy las moléculas. Las superficies son demasiado rugosas parapoder llegar a estas distancias de separación por lo que sehace necesario el pegamento, el cual, como es líquido,puede ocupar los espacios y acercar las superficies losuficientemente como para efectuar la unión.

La física en... una batería eléctrica

na nevera suspendida con una polea frente albalcón de un sexto piso tiene energía potencial“acumulada” debido a su posición, puesto que

puede realizar un trabajo al caer tal como abollar uncarro que esté en la calle. De igual manera, una bateríatiene energía eléctrica “acumulada”, pues al ser conec-tada a un circuito eléctrico produce, por una reacciónquímica, un movimiento de electrones que enciendebombillos, arranca motores de carros, hace funcionarmarcapasos y teléfonos celulares, entre otros.Las baterías que acumulan químicamente electricidadpueden ser recargables o no recargables. Las bateríasno recargables, como las pilas alcalinas que se usan enla mayoría de los juguetes, dejan de funcionar cuandoel material que reacciona dentro de ellas se agota. Encambio, cuando conectas una batería recargable a uncargador, la sometes a un flujo de electrones en el senti-do contrario a su descarga, recuperando el material dela misma. Entonces, ¡está lista para producir de nuevouna descarga de electrones!... Esto, cuando se conectea un circuito eléctrico pisando “on”.

Parque Tecnológico de Mérida

Energía eléctrica acumulada

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Los pegamentosÁngel Delgado, Universidad Pedagógica Experimental Libertador, Caracas

Curiosidades

Modelo tridimensionalde la estructura molecular

de la “Pega Loca”.

Polo positivo

Separador

Productoquímico 1

Gel

Clavo

Sello

Polo negativo Electrón

on todos los problemas que han surgido alrededor del petróleo como fuentepredilecta de energía, específicamente el calentamiento global, la poluciónambiental, el alto precio y pronosticado agotamiento, el sueño de tener una

fuente alternativa barata y limpia ha estado siempre presente. Pensamos que lafusión nuclear (la fuente energética del Sol y de las otras estrellas) es la que máspromete. En este proceso se funden cuatro núcleos de hidrógeno para producir unode helio, liberando una gran cantidad de energía. En contrate con la fisión del uranio,que se utiliza en los reactores nucleares convencionales, la fusión prácticamenteno deja desechos radioactivos. Pero existe un problema: se necesita calentar el plasmade hidrógeno a altas temperaturas (cien millones de grados) antes de que empiecea funcionar controladamente. Este calentamiento se ha convertido en un gran retocientífico y tecnológico, y el dispositivo donde la mayoría de los países desarrolladosha puesto su dinero es el tokamak.

Inventado por los soviéticos en la década de 1950, el tokamak confina el plasma dehidrógeno por medio de un campo magnético toroidal (en forma de dona). En eltokamak del consorcio internacional ITER (International Thermonuclear ExperimentalReactor), el más grande en construcción y localizado en Cadarache, Francia, el calentamiento del plasma se logra eléctricamente(usando el principio de un transformador), inyectando un haz de partículas y usando microondas. La energía liberada en la fusiónes más que todo en la forma de neutrones rápidos que se pueden utilizar para calentar vapor y, por medio de una turbina, generarelectricidad. En la figura se muestra el tokamak del ITER, donde la figura humana (en azul) de la esquina derecha de abajo da unaidea de la enorme escala del reactor.

El tokamak del ITERLas siete maravillas de la física

Claudio Mendoza, IVIC/CeCalCULA

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Planeta Tierra: leyendo su historia en la roca

Según su origen las rocas se agrupan entres categorías principales: ígneas, sedi-mentarias y metamórficas. Las rocas ígneascristalizan a partir del magma (materialfundido en el interior de la Tierra). Si seforman dentro de la Tierra, se llaman intru-sivas o plutónicas y, si lo hacen en la super-ficie terrestre, son extrusivas o volcánicas.Las rocas sedimentarias resultan de lacompactación y cementación de materialproducto del desgaste de rocas preexis-tentes transportadas a su lugar de reposopor agua, viento o hielo. Las metamórficasson rocas originalmente ígneas o sedimen-tarias que han sido recristalizadas por elcalor y la presión, en un proceso de notabledeformación y transformación.

Inírida Rodríguez, Universidad Central de Venezuela, Caracas

Rocas ígneas

Enfriamiento y solidifica-ción del magma

Rocas sedimentarias

Erosión y depositación en la superficie terrestre

Rocas metamórficas

Intensa presión, alta tem-peratura