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Levitación fotoforética en Nature
Con
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Juan Carlos Gil introduce un artículo publicado en Nature sobre el vuelo fotoforetico de estructuras perforadas, destacando a los autores y su pregunta central.
…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, media uña de meñique, y con ello levantar cargas de 0,3 miligramos. En fin, poca cosa. Pero, pero bueno, pero levantaron cargas; la pega, pues que necesitaron intensidades de luz de un vatio por centímetro cuadrado, ¿vale? Que es diez veces superior a la intensidad solar media. Vamos, que le tenían que meter ahí un pedazo láser para que la cosa levitase, así que fue una demostración de principio muy chula, pero poco práctica, digamos. Bueno, pues es en este contexto en el que aparece. El artículo del que os quería hablar, que se titula Vuelo fotoforetico de estructuras perforadas en condiciones cercanas al espacio, que fue publicado en agosto 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…
Significado #3 · Palabras #1
Héctor Socas y Juan Carlos Gil introducen un tema pendiente de la semana anterior: la técnica de fotoforesis, que implica discos levitando gracias a los fotones, comparándola con una demostración de Enrique Llana.
Habla: Héctor SocasSignificado #5fotoforesis discos levitantesdemostración fotoforesis enrique llanatécnica fotoforesis semana pasada…de ella y ahora pertenece a otra empresa, o sea que son diferentes. Pero en un momento yo digo: ¿Pero cómo es esto? ¿Esto es Boeing compitiendo contra sí misma? No sé, estas cosas suenan un poco raras, pero no, está todo ok, son empresas diferentes. Bueno, algo más sobre esto. La verdad que es un tema interesante a seguir y, por supuesto, siempre la seguridad por delante: safety first, como dicen. Venga pues vamos, Juan Carlos, con un tema que se nos quedó pendiente la semana pasada: que es esto de esta técnica de la fotoforesis, ¿no? Los discos levitantes, decía yo, porque me recuerda un poco, me hace gracia a Enrique Llana con el disco chino encima del palito, pero en este caso no es encima del palito, es encima de fotones, ¿no? Encima y debajo, ya lo cuento, es bastante... son de estas cosas divertidas que me gustan a mí. A ti te gustan cosas un poco raras, la verdad. Sí, bueno, me gustan ahí en la frontera de la física que necesita ser doblemente explicada y que te hace clic en el cerebro, me encanta. Asunto volar, cuando se piensa en volar, la pregunta que hay que hacerse es de dónde sacamos la fuerza hacia arriba. Está claro y hay tres formas fundamentales: se puede conseguir por flotabilidad, lo que hacen globos y dirigibles, siendo más ligero que el…
Juan Carlos Gil continúa explicando los mecanismos fundamentales para lograr la levitación, tras mencionar la flotabilidad como un ejemplo con globos y dirigibles.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #17levitación helices aviones helicópterosexpulsión masa cohetes levitaciónlevitacion acústica ondas sonoraspinzas acústicas laboratorio objetos pequeños…pregunta que hay que hacerse es de dónde sacamos la fuerza hacia arriba. Está claro y hay tres formas fundamentales: se puede conseguir por flotabilidad, lo que hacen globos y dirigibles, siendo más ligero que el aire entonces el aire te empuja para arriba. Puedes conseguirla acelerando tú el aire hacia abajo con hélices, rotores o motores como hacen todos los aviones y los helicópteros. O se puede expulsar masa que tú lleves contigo y la eches para abajo como hacen los cohetes. Esos son los tres mecanismos fundamentales; luego hay un par de ellos un poquito más exóticos como la levitación acústica con ondas sonoras. Es posible generar una presión que haga que el aire sostenga objetos muy pequeñitos, y se utiliza en pinzas acústicas en el laboratorio para atrapar y mover cositas muy ligeras. Y muy pequeñas sin tocarlas. Hay unos vídeos por ahí que están genial y hay un efecto que se llama efecto electrohidrodinámico, que es menos conocido; a veces se le llama viento iónico, que consiste en generar un campo eléctrico muy intenso que ionice el…
Juan Carlos Gil explica por qué el efecto de fotofóresis solo funciona cuando el gas está enrarecido, relacionándolo con la frecuencia de las colisiones entre moléculas.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #19 · Palabras #8efecto fotofóresis en gas enrarecidomoléculas chocan con frecuenciaredistribución energía al rebotargas no hay choques moléculas…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 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…
Juan Carlos Gil introduce un artículo publicado en Nature sobre el vuelo fotoforetico de estructuras perforadas, destacando a los autores y su pregunta central.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #3 · Palabras #1levitación placas nanocartón vargatíncargas de 0 3 miligramos levitadasplaquitas nanocartón centímetro cuadradonanocartón levitación experimento vargatínintensidad luz un vatio centímetro cuadradoláser demostración principio poco prácticavuelo fotoforetico estructuras perforadasartículo nature schaffer kim blasack keithdispositivo levitación luz solar harvard…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, media uña de meñique, y con ello levantar cargas de 0,3 miligramos. En fin, poca cosa. Pero, pero bueno, pero levantaron cargas; la pega, pues que necesitaron intensidades de luz de un vatio por centímetro cuadrado, ¿vale? Que es diez veces superior a la intensidad solar media. Vamos, que le tenían que meter ahí un pedazo láser para que la cosa levitase, así que fue una demostración de principio muy chula, pero poco práctica, digamos. Bueno, pues es en este contexto en el que aparece. El artículo del que os quería hablar, que se titula Vuelo fotoforetico de estructuras perforadas en condiciones cercanas al espacio, que fue publicado en agosto 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…
Juan Carlos Gil explica que los ligamentos que conectan las membranas son un elemento estructural crítico en las estructuras tipo sándwich, debido a la necesidad de equilibrar robustez y conducción térmica para maximizar el rendimiento fotoforetico.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #5ligamentos conectan membranas estructuras sándwichcompromiso robustez conducción térmica ligamentosdistribución no uniforme hilillos prestigeruptura térmica membranas rendimiento fotoforetico…que son las que, bueno, creemos que nos interesan, el empuje máximo hay efectivamente un máximo, y el empuje máximo aparece entre 1 y 100 pascales. Recuerdo que la presión atmosférica normal son 100.000 pascales, o sea, a presiones bastante bajas. Y segundo, que el elemento estructural crítico de los que os he comentado resultan ser los ligamentos que conectan las membranas. Ahí está la clave. ¿Por qué? Porque aparece un compromiso, como aparece millones de veces en física. Cuantos más ligamentos de estos pones, obviamente tienes una estructura más robusta, pero aumenta la conducción térmica entre las dos membranitas a través de los propios ligamentos y eso reduce el empuje. Pero claro, si pones demasiado pocos ligamentos, pues la estructura se te vuelve completamente frágil e inútil, así que la solución que proponen fue una distribución no uniforme de estos hilillos; me va a recordar Prestige. No, sin bromas, poniendo más en el borde de la estructura, donde queremos que aporten rigidez y luego menos en el centro de las plaquitas, donde interesa que aparezca ruptura térmica entre las membranas y maximizar así el rendimiento fotoforetico. Pues una vez. Que tienen el modelo súper trillado, fabrican prototipos; que es lo que al final va a volar, porque las ecuaciones se quedan en el papel.…
Juan Carlos Gil describe un resultado significativo que ha permitido publicar el estudio en Nature: la demostración de levitación fotoforética a una presión de aire de 27 pascales con una iluminación de 750 vatios por metro cuadrado.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #2levitación fotoforética en naturepresión aire 27 pascales gililuminación 750 vatios metro cuadrado…nitrógeno y dióxido de carbón, porque eso es un parámetro, eso es un efecto en la sustentación y efectivamente las curvas cambian perfectamente; se puede observar en el artículo como predice el modelo, lo cual confirma que la física está bien capturada. Bueno, y aquí el resultado que hace que esto sea un paper en Nature. Demuestran efectivamente la levitación fotofoerética a una presión de aire de unos 27 pascales con una iluminación de 750 vatios por metro cuadrado, que es aproximadamente la mitad de la luz solar, lo que es un avance cualitativo notable respecto De demostraciones y prototipos anteriores que, como os comentaban, necesitaban varias veces la intensidad del Sol. Y quizá este sea un momento para parar. Héctor, me queda un poquito, pero pueden darme cinco minutos o como quieras. Pues seguro que son los…
Juan Carlos Gil ofrece continuar explicando un tema relacionado con un artículo sobre levitación de plaquitas utilizando luz solar.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #2 · Palabras #3levitación plaquitas luz solarpublicación nature levitación plaquitasmodelo cuidadoso luminancia solaraplicaciones aprovechamiento sol únicodiscos circulares diámetro 6 centímetroscarga útil hasta 10 miligramosnanocartones vargatín suben 0 3 miligramos…un proceso físico muy interesante que es una de las formas de volar, aunque todavía aquí estamos hablando de cositas muy pequeñitas pero bueno, si les interesa el tema les recomiendo el resumen que nos hizo de este artículo Juan Carlos en la cara A y bueno, pues si quiere Juan Carlos, pues retomarlo y darle los últimos remates al tema. Sí, acababa la cara con el punto álgido, porque ya se ha publicado en Nature, porque efectivamente han conseguido hacer levitar con este chisme optimizado, con el modelo tan cuidadoso, pues unas pequeñas plaquitas, pero con solo media luminancia solar, lo cual abre el paso a aplicaciones, porque no tenemos más que un sol, no estamos en Tatooine, entonces tenemos que aprovechar el que tenemos. Entonces una vez validado el modelo que os comentaba, pues se meten... Entonces empiezan con un modelo que ellos llaman realista, con unos discos circulares de 6 centímetros de diámetro, y hacen los números y les sale que podría aguantar hasta una carga útil: se podría hacer levitar algo útil para nosotros de hasta 10 miligramos. Recuerdo que los nanocartones de Vargatín subían 0,3 miligramos con 10 soles, o sea que bueno, el cambio ha sido muchísimo. A ver, que 10 miligramos suena a nada, pero el estado actual de la miniaturización permitiría incorporar ciertos sensores, una pequeña antena y microelectrónica suficiente como para poder transmitir las posibles medidas de su sistema. Que es poco, pero se…
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 GilPalabras #16fuerza 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…
Héctor Socas reflexiona sobre el significado de la palabra 'levitar' y su asociación con prendas de vestir como sotanas o chaquetas largas, haciendo una comparación humorística con los personajes Mortadelo y Filemón.
Habla: Héctor SocasPalabras #4levitar versus levita sartorialchaqueta larga mortadelos levitacióndefinición levitar real academialevitación física y prenda masculinagrado eclesiástico inferior sacerdoterelación levantar caso inesperada…no sé, yo sí lo veo posible. A ver, yo no veo posible mantener a los discos de un centímetro perfectamente horizontales con la cara oscura para abajo, o sea, le miras mal y se te da la vuelta ya, entonces es realmente complicado, pero subir cositas, sí. Y luego me hace gracia la palabra esta, levitar, porque siempre me he dicho: o sea, la levita no es lo que lleva a los curas, no es la prenda de... Debe haber alguna raíz común entre esas dos palabras, pero no sé, el verbo levitar y el sustantivo de levita, pero no sé, cuando se dice que algo levita me lo imagino ahí como una sotana puesta. No es una sotana, ¿no? Es una prenda así, oscura, pero... Sí, es más como una chaqueta larga, ¿no? Una chaqueta larga, ¿no? Algo así como lo de mortadelos. Es que de ahí me suena, acabo de caer, de los mortadelos, ¿no? Mortadelo y a una levita, ¿no? Eso es. Bueno, pues no sé, alguna relación habrá. Venga, vamos entonces con el siguiente tema. Antes de ello, antes lo acabo de comprobar, efectivamente la segunda entrada de la Real Academia de la Lengua para Levita es prenda masculina de etiqueta más larga y amplia que el frac y cuyos faldones llegan a cruzarse por delante. Pero en tu defensa, diré que la primera entrada en su segunda acepción es eclesiástico de grado inferior al sacerdote. Así que había ahí cierta relación inesperada. Y que parece ser que tiene que ver con levantar y bueno, podemos relacionarlo con levantar un caso, ¿no? Quizá. Con ligero Bueno, damos la bienvenida también a Gastón Giribet, que es doctor en Ciencias Físicas y profesor en la Universidad de Nueva York, como nos gusta decir, NYU. ¿Qué tal, Gastón? Hola, amigos, ¿cómo están? Espero que estén bien. Un placer. ¿Refriados algunos?…
Ignacio Crespo expresa su fascinación por el concepto de 'levitación' y busca su definición en la Real Academia Española (RAE), lamentando que no pueda continuar explorándolo más a fondo.
Habla: Ignacio CrespoSignificado #6 · Palabras #6definición levitación en la raelevitón partícula inexistente crespofascinación crespo por levitación…apunte, también por derechos animales y también para poder saber si un paciente en un estado vegetativo o de coma ¿Tiene conciencia o no? Y por lo tanto, ¿cómo tratarlo? Hay cuestiones éticas muy chulas. Y una cosa, antes de entrar en la conciencia, porque. Claro, me fascina este concepto de levita a medida que he ido buscando, y en la RAE hay... No, no puede parar; no puede parar. No puedo, me va a encantar. Hay una palabra relacionada que es levitón, que claro, siendo esto un programa de ciencia, ¿por qué no hablar del levitón, que no es una partícula, sino una levita más larga? Pero es una oportunidad perdida para haberle puesto nombre a una partícula. Claro, tenemos que inventar el gravitón. Oye, pues en vez de gravitón. Exacto, lo estaba pensando yo. No tiene una contraparte, algo que podáis ahí especular. Seguro, no sé, la antítesis del gravitón tiene que ser el gravitón. Mira, Gastón apruebe. A ver, es…