¿Cuánta física puedes hacer con un rollo de celo?

Probablemente hayas usado el celo para millones de cosas: pegar unas fotos en un álbum, manualidades o pequeñas reparaciones en tu vida sentimental.

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Cinta adhesiva. By André Karwath aka Aka (Own work) [CC BY-SA 2.5 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)%5D, via Wikimedia Commons
Y si ahora te pregunto, ¿qué experimentos de física podrías hacer? Seguro que se te ocurren varios. Uno de ellos podría ser determinar la aceleración gravitatoria en la superficie terrestre. Desenrollando una parte larga podrías utilizar el rollo de celo como un péndulo y a partir del periodo de las oscilaciones averiguar el valor de g.

Pero, ¿se puede hacer un experimento con celo y acabar publicando en Nature? Claro que sí. De hecho, se puede hacer un experimento con celo y acabar ganando un premio Nobel. En esta entrada os voy a contar un poco sobre tres grandes investigaciones donde el celo juega un papel fundamental.

El celo y el grafeno

El 22 de octubre de 2004 salió a la luz el paper ”Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films” cuyos autores principales K. S. Novoselov A. K. Geim fueron galardonados con el Nobel de física en 2010 por sus experimentos con grafeno. En su artículo explican que para producir el grafeno lo único que hicieron fue pegar un trozo de celo a un pedazo de grafito pirolítico. Una vez hecho esto, pegaron el trozo de celo con otro y lo separaron varias veces. Al hacer esto pudieron separar capa por capa la estructura del grafito y conseguir así monocapas de grafeno.

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El grafito está formado por diferentes capas de grafeno

El trozo de celo contenía restos de carbono de diferentes grosores, por debajo de los 100 nm la mayoría de ellos. La tarea de aislar un copo de grafeno se antojaba difícil. Para añadir más épica al descubrimiento, cabe mencionar que el grafeno es transparente y los copos que se obtienen por el método mencionado suelen tener un tamaño de unos 100 μm. Una vez el copo está aislado hay que transferirlo a un substrato y colocar contactos para medir sus propiedades eléctricas… casi nada

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Los elementos con los que fue posible fabricar grafeno por primera vez se encuentras expuestos en el museo del Nobel, Estocolmo, Suecia.

El celo y los rayos-X

Al despegar un trozo de celo del rollo se producen rayos-X. No es broma. De hecho, se producen tantos rayos-X que son suficientes para hacer una radiografía.

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Portada del número de Nature en el que se muestra una radiografía hecha con rayos-X producidos por celo.

En octubre de 2008 Carlos G. Camara y Juan V. Escobar publicaron un artículo en Nature en el que estudiaban los rayos-X producidos al pelar un rollo de celo dentro de una cámara de vacío. Observaron que se producían rayos-X con energías comprendidas entre los 15  keV y 30 keV además de luz visible y ondas de radio. Esto es verdaderamente sorprendente. En este vídeo podéis encontrar más información sobre el experimento y ver como lo utilizan para hacer una radiografía de su dedo

El fenómeno de generar rayos-X o cualquier otro tipo de fotones mediante procesos mecánicos se conoce como triboluminiscencia. La triboluminiscencia se trata de un proceso en el que debido a la fricción, separación o rotura de superficies, se genera una acumulación de carga eléctrica que acaba generando luz. En concreto, al despegar el celo la parte del rollo se carga negativamente, mientras que la parte despegada lo hace positivamente. Esto crea una campo eléctrico entre las 2 partes en el que los electrones son acelerados. Al estar en vacío, los electrones tienen suficiente energía para llegar al lado cargado positivamente, donde son frenados. Esta parada súbita es la que produce los rayos-X.

Pero todavía hay más. Cámara y Escobar midieron de rayos-X con una energía 100 veces superior al resto de rayos-X. Estos flashes tenían una duración de nanosegundos y eran emitidos a la par que el resto de radiación. Sin embargo, sus estimaciones usando el mismo modelo que usaron para explicar la generación de los rayos-X menos energéticos no son suficientes para explicar los de alta energía, por lo que concluyeron que otro mecanismo físico debía ser el responsable.

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El gráfico principal es el número de rayos-X en función de su energía entre los 0 keV y los 100 keV. El gráfico superior corresponde a los rayos-X super-energéticos.

 

El celo convierte el cristal translúcido en transparente

Esta parte es una actualización del post, ya que Antonio Martínez Ron me ha chivado otro experimento chulísimo que se puede hacer con celo.

Todos tenemos en casa algún cristal traslúcido, ya sea en la mampara de la ducha, las ventanas del baño o en alguna puerta como decoración. La función de este tipo de cristal es ocultar lo que hay detrás, debido a que dispersa la luz y es imposible formar una imagen nítida.

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Este tipo de cristales se suelen fabricar utilizando ácido para dañar la superficie de un cristal corriente, creando así muchas rugosidades e imperfecciones. Estas rugosidades hacen que los diferentes rayos de luz no converjan en un punto, por lo que es imposible formar una imagen nítida.

Sin embargo y contra todo pronóstico, utilizando un trozo de celo puedes ver a través de este tipo de cristales como si de uno normal se tratase. Sí, me has leído bien, un trozo de celo anula el efecto de estos cristales.

 

¿QUÉ TIPO DE BRUJERÍA ES ESTA? Se llama correspondencia del índice de refracción y se basa en el uso de la óptica geométrica.

Las imperfecciones de la superficie de los cristales traslúcidos hacen que la luz se disperse en varias direcciones. Si somos capaces de poner un material que cubra perfectamente esas imperfecciones y que además tenga el mismo índice de refracción que el del cristal, los rayos de luz seguirán viajando en linea recta.

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Esquema del efecto del cristal traslúcido sin el celo
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Esquema del efecto del cristal traslúcido con el celo

En este caso, el pegamento del celo cumple perfectamente esta función. Además, tal y como muestran las investigaciones hechas por Qi Shan, Brian Curless, y Tadayoshi Kohno, es posible usar otros materiales como la miel o los elastómeros, e incluso usando fotografías a objetos que se encuentran ocultos tras este tipo de cristales se puede averiguar que hay detrás usando técnicas de deconvolución. La única limitación de esta técnica es que no es aplicable si no tenemos acceso al lado rugoso del cristal.

Estos tres ejemplos dejan claro que el celo da mucho de sí en términos de física. Te animo a que juegues un poco en tu casa con el celo porque quién sabe, a lo mejor encuentras un fenómeno físico digno de un Nobel.

Nos leemos en la próxima entrada 🙂

 

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2 Comentarios Agrega el tuyo

  1. Ostras qué guay. Sabía lo de la truboluminiscencia (me encerre en el baño a oscuras y jugué con un trozo de celo haciendo pequeños destellos azules) pero no sabía que generaba rayos X.

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  2. Chuso dice:

    Genial entrada! Sencillamente espectacular porque demuestra cómo lo sencillo contiene universos.
    Escribo en los comentarios porque me he quedado con la curiosidad de saber qué mecanismos propusieron Cámara y Escobar para explicar la producción de rayos X intensos (GeV). ¿Han seguido explorando esos procesos? ¿Con diferentes tipos de celo? ¿velocidades de despegue? ¿Más detalles del timing? ¿Localización del punto/puntos de emisión?
    Gracias de antemano.

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