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Juan Carlos GilIgnacio CrespoFrancis VillatoroHéctor SocasLuisa AchaerandioGastón Giribetfuerza radiométrica y transpiración térmicadispositivo nanofabricado levitación luz solarcondiciones vuelo dispositivo radiométricoJuan Carlos Gilradiómetro de CrookesAlbert EinsteinWilliam CrookesBenjamin SchafferJohn Hyun KimJust BlasackDavid KeithUniversidad de HarvardNatureHéctorIgor VargatinUniversidad de PensilvaniaHéctor SocasMaxwellReynoldsEinstein
Fuerza radiométrica y transpiración térmica
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Juan Carlos Gil resume la importancia de un artículo científico que describe cómo convertir fenómenos físicos como la fuerza radiométrica y la transpiración térmica en un dispositivo capaz de levitar.
…toda la gracia al invento o aquí ya está en el modo completamente especulativo. Los más pequeñitos dicen que podrían mantenerse explotando la radiación infrarroja, el calorcito que emana de la tierra de noche, lo cual estaría fenomenal. Bueno pues voy. Concluyendo, ¿por qué me ha parecido importante lo que cuenta este artículo? Pues primero porque convierte un par de fenómenos físicos oscuros, la fuerza radiométrica y la transpiración térmica, en un dispositivo real, físico, moderno, nanofabricado que es capaz de levitar tan solo con la luz del sol. Segundo, porque no se quedan en un, mira mamá, qué bonito esto que he descubierto, sino que discuten condiciones de vuelo, control horizontal, estabilidad, vuelo de noche. Y tercero, porque Si esto consiguiese escalar, pues podría resolver una brecha observacional que tenemos en la mesosfera, aportando datos in situ de forma sostenida, lo que sería fabuloso. Y cuarto, por lo que comentamos, abre la posibilidad para la exploración de atmósferas…
Significado #1 · Palabras #1
Juan Carlos Gil explica el funcionamiento del radiómetro de Crookes, un dispositivo que gira debido a una fuerza neta causada por las diferencias de temperatura en sus palas.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #2 · Palabras #5radiómetro crookes y presión radiacióncara blanca radiómetro alejamiento fuenteefecto presión radiación inexistentebaja presión aire interacción luzeinstein explica radiómetro crookes 1924intercambio energía moléculas gas paletaspaletas oscuras emiten velocidad más rápidaconservación momento impulsa la paletaradiómetro de crookes y torquefuerza radiométrica según gilfotofóresis efecto griego…se pone a girar. Es un chisme que llamó mucho la atención de mentes de la talla de Maxwell, Reynolds, el del número de Reynolds y Einstein, porque durante años no se explicó el mecanismo nada bien. La primera intuición que tiene cualquiera es pensar en la Presión de radiación. Los fotones se están empujando, pero si fuese así, las caras blancas, que son las que reflejan más la luz, se alijarían de la fuente, se verían impelidas por los fotones y resulta que el radiómetro gira al revés. No hay efecto de presión de radiación. Además, si se hace el vacío en la ampolla, el radiómetro deja de girar. Y al contrario, si quitas la ampolla del todo y pruebas a presión atmosférica, tampoco funciona. Se necesita baja presión de aire, lo que sugiere algún tipo de interacción, algún equilibrio no trivial entre el gas enrarecido y la luz. Bueno, pues la explicación se la debemos, nada más y nada menos que Einstein, que en 1924 explicó cómo las moléculas del gas chocan con la paleta, con las paletas, intercambian energía con ellas y salen reemitidas con una velocidad que depende de la temperatura local de la paleta de la que estemos hablando Entonces las que chocan con la cara más caliente, que es la que ha absorbido más luz, la oscura, que voy a usar estos nombres varias veces contándose este efecto, pues salen en promedio más rápidas que las que han chocado con la cara fría, la clara Ese cambio de velocidad implica un cambio de momento y por conservación la paleta recibe un impulso en sentido contrario Como el impulso es mayor en la cara caliente oscura que en la fría clara, aparece una fuerza neta, Un torque, por tanto, que hace que el chisme gire y efectivamente en el sentido de tal forma que las caras oscuras, las más calientes, son las que se alejan de la fuente de la luz. Pues a este efecto se le llama fuerza radiométrica y al efecto más general, fotofóresis, del griego, transportado por la luz. ¿Y por qué esto solo funciona cuando el gas está enrarecido? Pues porque si hay demasiado gas, más presión, las moléculas chocan muchas veces entre ellas, de tal forma que su diferencia sutil de energía al rebotar, pues se redistribuye enseguida, se relaja y no…
Juan Carlos Gil explica la necesidad de gas poco denso para el funcionamiento del radiómetro de Crookes, indicando que es crucial para que las paletas choquen más con las partículas de gas que entre sí, generando una fuerza radiométrica.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #5 · Palabras #4radiómetro de crookes necesita gas densorecorrido medio libre paletas radiómetrofuerza radiométrica choque partículas gasradiómetro de crookes fuerza débiligor vargatin universidad pensilvania 2020objetos ligeros radiómetro crookes…veces entre ellas, de tal forma que su diferencia sutil de energía al rebotar, pues se redistribuye enseguida, se relaja y no hay efecto neto Al contrario, si no hay gas, pues claro, no hay choques, no hay colesiones y no hay efecto fotoforetico ni nada. Eso explica que se necesite gas, pero poco denso. Solo cuando el recorrido medio libre de las partículas de alguna forma es congruente con el tamaño de las paletas y por tanto chocan más con las paletas en promedio que entre sí, pues aparece esta fuerza radiométrica. Bueno, pues eso fue hace más de un siglo y desde entonces, pues fue una mera curiosidad, un juguete, ¿por qué? Porque la fuerza es realmente muy, muy débil. Para que fuese útil necesitaríamos dos cosas: primero, objetos extremadamente ligeros y segundo, aún así necesitamos darle un poquito de alegría, hacer un pequeño empujón adicional y esto lo exploró un grupo de un tal Igor Vargatin de la Universidad de Pensilvania en 2020. Pues hace nada ha pasado más de 100 años del radiómetro. Fabricaron lo que llamaron un nanocartón, una estructura hueca de óxido de aluminio formada por dos láminas unidas por canales internos, agujeros pero formando un canal; y además recubrieron con…
Juan Carlos Gil explica cómo la transpiración térmica funciona como una microbomba pasiva para reforzar la sustentación en el radiómetro de Crookes, contradiciendo la convección natural que normalmente va de lo caliente a lo frío.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #3 · Palabras #3flujo estacionario zona fría calienterecorrido libre medio palertículasgradiente térmico capa inferior negratranspiración térmica microbomba pasivaconvección natural zona caliente fríaradiómetro crookes sustentación plaquitasflujo gas enrarecido fría calienteconvección radiómetro crookes gilciclos convección ausencia ciclossentido convección caliente fríoconvección normal caliente a fríopartículas ímpetu hacia zonas fríasradiómetro de crookes dinámica inversaefecto inverso partículas densas frías…sabemos, el Bantablack y demás, la cara inferior. La densidad del chisme, la densidad por unidad de área del chisme era de un gramo por metro cuadrado: una plancha de un metro cuadrado pesaría solo un gramo. Estamos hablando de una cosa realmente muy ligera. Vale, y el empujón que pensamos extra que necesitamos, pues esto lo aportaron los canales, a través de otro efecto supercurioso. Fijaos, a baja presión estamos hablando de que el recorrido libre medio de las palertículas es comparable a los tamaños característicos. En este caso nos interesan los canales, el gradiente térmico que hemos dicho que se ha formado porque la capa inferior de los chismes que estamos tratando de que huelen es la negra, por tanto la caliente, pues hay un gradiente térmico que produce un flujo estacionario dentro de estos canalitos, de la zona fría, la superior, donde por tanto las moléculas son más lentas y la densidad de gas ligeramente mayor, hacia la zona baja, la caliente; es decir, hay un flujo estacionario neto debido a este canal que va de arriba hacia abajo. Este efecto también se le conoce, se le llama de Transpiración térmica. Viene a ser como una termobomba, si queréis, una microbomba pasiva que sirve en este caso para reforzar la sustentación. Y ojo porque el efecto va justo en el sentido contrario de lo que nuestra mente cinética, como nos han enseñado en el cole, haría pensar porque la convección natural habitualmente va de la zona más caliente hacia la más fría y aquí ocurre al contrario. En el flujo este, en el régimen de gas enrarecido, dentro de los canales, la transpiración térmica va de la fría a la caliente, hacia abajo y por tanto el empuje en el sentido de hacer levitar las plaquitas. Bueno, pues con esta esquemita es complicado de seguirme. Mira chicos, yo me echo una chuleta, la tengo aquí, estoy mirándola todo el rato, luego la pondré en redes porque es difícil recordar siempre lo que es arriba, abajo, negro, oscuro, pero estoy intentando de hacerlo bien. Pero Héctor, si tienes Una pregunta concreta. No, no, ¿que me sorprendió? No acabo de entender algo que dijiste de que la convección va en un sentido de caliente a frío. Igual el contexto, la convección va en los dos sentidos, una cosa se mueve de un lado a otro y otra vuelve. Bueno, la convección completa cuando hay ciclos, sí, pero si no hay ciclos, no. que es en lo que estás pensando, si calientas por debajo el gas sube, perdón, el líquido sube pero arriba se enfría y por tanto se precipita hacia abajo y eso es lo que forman las corrientes de convección pero la convección normal va de lo caliente a lo frío, ¿vale? Donde se mueven más las partículas con más ímpetu hacia donde están más quietitas. Aquí el efecto es al revés, donde está frío se acumulan más partículas porque están más densas y por tanto en el otro sitio que está menos denso el flujo va al revés. Es un efecto muy curioso. Bueno, pues estos señores del grupo de Vargatín, en el año 20, hace 6 años, consiguieron hacer levitar, construyeron y consiguieron hacer levitar estas plaquitas de nanocartón que llaman ellos, de un centímetro cuadrado, un centímetro cuadrado, pues eso,…
Juan Carlos Gil describe el modelo desarrollado por Benjamin Schaffer y sus colegas de la Universidad de Harvard para analizar la fuerza de sustentación en una estructura tipo sándwich.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #4 · Palabras #2modelo sustentación estructura sándwichfuerza radiométrica y transpiración térmicaestructura tipo sandwich universidad harvardoptimización estructura perforada schaffer…del año pasado en Nature. Los autores son Benjamin Schaffer, John Hyun Kim, Just Blasack y David Keith, todos de la Universidad de Harvard. Y la pregunta que se plantearon fue: ¿es posible diseñar un dispositivo macroscópico que pueda levitar con luz solar? Lo primero que hicieron fue desarrollar un modelo muy cuidadoso, muy completo, híbrido analítico numérico, porque la cosa es complicada, de la fuerza total de sustentación debida a los dos efectos que he comentado antes, fuerza radiométrica y transpiración térmica, para una estructura que ellos optimizaron: una estructura tipo sandwich, semejante a la del 2020, pero formada por dos estructuras perforadas, sin canales, separadas por Una pequeña distancia y al no tener canales, solo agujeros, necesitas algo para conectar las dos membranitas; bueno, pues unos pequeños ligamentos del mismo material en el interior, unos pequeños hilillos que conectan una placa con la otra. No hay canales,…
Juan Carlos Gil resume la importancia de un artículo científico que describe cómo convertir fenómenos físicos como la fuerza radiométrica y la transpiración térmica en un dispositivo capaz de levitar.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #1fuerza radiométrica y transpiración térmicadispositivo nanofabricado levitación luz solarcondiciones vuelo dispositivo radiométrico…toda la gracia al invento o aquí ya está en el modo completamente especulativo. Los más pequeñitos dicen que podrían mantenerse explotando la radiación infrarroja, el calorcito que emana de la tierra de noche, lo cual estaría fenomenal. Bueno pues voy. Concluyendo, ¿por qué me ha parecido importante lo que cuenta este artículo? Pues primero porque convierte un par de fenómenos físicos oscuros, la fuerza radiométrica y la transpiración térmica, en un dispositivo real, físico, moderno, nanofabricado que es capaz de levitar tan solo con la luz del sol. Segundo, porque no se quedan en un, mira mamá, qué bonito esto que he descubierto, sino que discuten condiciones de vuelo, control horizontal, estabilidad, vuelo de noche. Y tercero, porque Si esto consiguiese escalar, pues podría resolver una brecha observacional que tenemos en la mesosfera, aportando datos in situ de forma sostenida, lo que sería fabuloso. Y cuarto, por lo que comentamos, abre la posibilidad para la exploración de atmósferas…