jueves, 28 de agosto de 2014

Criptografía XX

Nos quedamos con la idea de la creación de un ordenador cuántico, ¿no?
La diferencia entre un ordenador clásico y uno cuántico sería básicamente que si les hacemos dos preguntas, el clásico tiene que responder primero una y luego otra. En cambio un ordenador cuántico podría responder las dos al mismo tiempo. Algo así como desdoblarse en dos universos diferentes y tratarlas las dos a la vez.
Imaginemos que le pedimos a un ordenador clásico que busque que número elevado al cuadrado da como resultado 10000. Primero probaría con el 1, luego con el 2, luego con el 3, etc... hasta llegar al 100 dónde encontraría el resultado. Si, supongamos, que le costara hacer cada cálculo 1 segundo, tardaría 100 segundos en encontrar el número. Un ordenador cuántico solo tardaría 1 segundo en encontrarlo.
Agarraos que vienen curvas.
Representemos los número como partículas giratorias, que pueden girar hacia la derecha o la izquierda. Si gira hacia la derecha representa el 1 y si lo hace a la izquierda representa el 0. Una secuencia de partículas se representa mediante 1s y 0s, o un número binario.
Queremos encontrar el número que representan 7 partículas girando: 11010000 que en decimal es el número 104.
En un ordenador clásico probaríamos primero con las 7 partículas 0000001 (1 en decimal), luego con 0000010 (2 en decimal), etc... hasta alcanzar el 104.
En un ordenador cuántico tenemos que conseguir la superposición de cada partícula, es decir, que cada una gire en los dos sentidos a la vez. Si a una partícula girando a la derecha le lanzamos un pulso de energía suficiente podemos hacer que gire a la izquierda, pero si el pulso es débil, puede que cambie o puede que no. Si la partícula está en un lugar que no podemos observar y lanzamos un pulso débil, entonces puede estar en cualquiera de los dos estados. Está en superposición. (como el gato de la caja).
Si colocamos en superposición a 7 partículas en un ordenador cuántico, las 7 representan simultáneamente los 128 estados diferentes en los que se pueden encontrar. Por lo que sólo es necesario hacer una operación para encontrar el número 104, a diferencia del ordenador clásico que necesitaría hacer 104 operaciones.
Es raro, pero tómatelo como quieras, o es un ordenador que hace los 128 cálculos a la vez o son 128 entidades informáticas en universos diferentes, cada una con un sólo cálculo.
Parece un poco inútil todo esto, pero con solo 250 partículas giratorias o qubits (bits cuánticos) se pueden representar unas 10^75 (un 1 seguido de 75 ceros) combinaciones (que es más que los átomos que componen el universo). Un ordenador cuántico podría realizar 10^75 operaciones simultáneas en un solo segundo.
La teoría está muy bien, pero... ¿como se construye un ordenador cuántico? el mayor problema es que la superposición viene definida intrínsecamente como un estado inobservable. Si miramos, ya no hay superposición y el ordenador cuántico no sabría ni sumar 2 mas 2. Y otro problema es que no se sabía como programarlo. Pero en 1994 Peter Shor pudo definir un programa útil para un ordenador cuántico, y justamente ese programa definía los pasos para factorizar un número gigante. Notición!! justo lo que hacia falta para romper una cifra RSA. Lástima que el programa existía pero el ordenador no. Recordemos que 600 ordenadores necesitaron varios meses para factorizar un número de 129 dígitos, el ordenador cuántico podría haberlo hecho en un instante. Un par de años después Lov Grover hallo otro programa que buscaba en una lista a una velocidad altísima. Básicamente lo que hace falta para romper una cifra DES. Un ordenador clásico que pueda probar 1 millón de claves por segundo le costaría mil años (sí 1000) en romper la cifra DES, uno cuántico con el programa de Grover la encontraría en menos de 4 minutos. Ya tenemos en marcha la carrera contrarreloj de la construcción física de un ordenador cuántico.  ¿Ventaja o amenaza? Depende de su uso.
Mientras, los criptógrafos se ocupan de encontrar un sistema de cifrado que consiga hacer frente a un ordenador cuántico. En la próxima entrada veremos como avanza la cosa. Leer más...

viernes, 18 de octubre de 2013

Criptografía XIX


El gran salto de la criptografía.
De momento parece que el PGP es un sistema muy seguro y funcional y que continuará siéndolo durante una buena temporada...ahora bien, al final todas las cifras terminan por romperse tarde o temprano.  Siempre hay algún listo que viene y lo jode todo.
Los criptoanalistas necesitan de un método rápido para factorizar los números y eso es algo que de momento no tienen y es posible que no haya un método matemático para hacerlo. La única opción es agilizar el número de operaciones capaces de realizar por segundo. El ritmo de crecimiento de los procesadores actuales es muy lento, se necesita algo capaz de procesar billones de veces más rápido. La opción: un ordenador cuántico. Este ordenador dejaría a los actuales superordenadores al nivel de un niño contando con los dedos.
A partir de este punto los conceptos se vuelven "algo raros" así que hagan caso a Niels Bohr cuando dijo: "Cualquiera que pueda contemplar la mecánica cuántica sin sentir vértigo es que no la ha comprendido"
Nos vamos al siglo XVIII de la mano de Thomas Young, si aquel que también descifraba jeroglíficos. (como no había televisión se dedicaban a hacer muchas cosas). Pues un día cualquiera mirando unos patos (ya ves tu la de veces que he visto yo patos y no se me había ocurrido), se fijó en las ondas que se producían en el agua y el patrón que se creaba de cimas y valles. Si dos valles chocaban se producía uno más profundo, si eran dos cimas, la resultante era más alta, y si chocaban una cima y un valle se anulaban. Esto le recordó un experimento que había hecho unos años antes.
Aquel día Young hizo brillar una luz sobre una mampara en la que había dos estrechas aberturas verticales. Detrás, en otra pantalla, esperaba ver las dos lineas de luz verticales proyectadas, pero lo que observó fue que había todo un patrón de rayas de luz y oscuridad.
Ahora creía tener un por qué para aquello que en su momento no comprendió.
Supuso que la luz era una onda y que las dos ondas que pasaban a través de los orificios se cruzaban formando crestas y valles (rayas de luz) o anulándose (rayas oscuras). Lo que dan de sí dos patos!
Actualmente sabes que la luz es tanto una onda como una partícula y cómo la percibimos depende de las circunstancias. Decir simplemente que un rayo de luz está formado por infinidad de partículas individuales llamadas fotones. (que también es una foto muy grande o muy buena).
La tecnología actual nos permite realizar el experimento de Young pero emitiendo en lugar de un haz de luz, un simple fotón. Imaginemos que enviamos un fotón por minuto hacia la mampara, al cabo de unas horas tendremos un patrón de luz y sombras como el que vio Young, en lugar de como sería lógico esperar un par de líneas de luz. Recordemos que sólo se produce el patrón porque pasan fotones al mismo tiempo por las dos ranuras y se mezclan al otro lado y este no es el caso, pues los lanzamos uno a uno. Y sin embargo el patrón rayado sigue saliendo.
A tomar por saco la física conocida.! Que cambien todos los libros de los institutos!!! Ah, no, que eso ya lo hacen todos los años.
Para explicar este caos lógico necesitamos de una nueva física: la física de lo diminuto, la física cuántica.
Pero incluso así hay dos teorías que intentan explicar este resultado. Y las dos son muy extrañas...a cual más.
La primera llamada Superposición nos dice que de entrada sólo sabemos dos cosas seguras, que el fotón sale y que impacta contra la pantalla trasera. El resto es un misterio, incluso si el fotón paso por la abertura derecha o izquierda. Como la trayectoria es desconocida pensamos que lo que hace el fotón es pasar por las dos aberturas a la vez. (mola eh!), y esto le permite cruzarse consigo mismo e ir creando el patrón rayado. ¿Pero cómo puede ser esto?
El argumento convincente es este: como no sabemos lo que hace una partícula, entonces puede estar haciendo cualquier cosa posible simultáneamente. Como no sabemos si el fotón paso por la abertura de la derecha o la izquierda simplemente asumimos que pasó por las dos a la vez. Esto se llama superposición de estados (y lo ideó aquel tío de la caja y el gato: Schrödinger). Esto parece ridículo pero al menos explica el patrón rayado. Lo mas sensato es pensar que ha pasado por una de las dos aberturas, pero así no explicamos el patrón. Las leyes clásicas de la física no sirven.
La segunda teoría igual de extraña se denomina Interpretación de los mundos múltiples. Esta nos dice que en el momento en que el fotón sale tiene dos posibilidades, pasar por la derecha o por la izquierda...pues en ese momento el universo se divide en dos universos y en uno pasa por la derecha y en el otro por la izquierda y estos dos universos luego interactúan entre si para crear el patrón rayado.
 :-))))))) (Esto mola mucho mas!!!)
¿A que parece que estemos en un capítulo de The Big Bang Theory?
A esta división de universos se la denomina multiverso.
Vale, las dos teorías son igual de raras, absurdas y desconcertantes. Sin embargo la teoría cuántica ha demostrado ser la teoría mas práctica y con más éxito jamás concebida.
La teoría cuántica a parte de utilizarse para averiguar porque a un tío se le pinta la pared de la habitación a rallas cuando enciende una bombilla, también permite calcular las consecuencias de las reacciones nucleares en una central eléctrica, el milagro de ADN, cómo brilla el sol y para diseñar el láser que lee tus cd's.
¿Y que sentido tiene esto en la criptografía? Pues la creación de un ordenador cuántico. ¿Y que haría un ordenador cuántico que no hace uno de ahora? Pues según David Deutsch (que fue el primero que se lo preguntó) contestar dos preguntas al mismo tiempo. Pero vamos a dejar esto para otro capítulo y así os dejo tiempo para que busquéis algo de física cuántica por la web.

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domingo, 24 de febrero de 2013

El radiómetro


En el planetario de Castellón hay una pequeña exposición sobre física, con algunos juegos y experimentos. (A parte de la permanente exposición de las Islas Columbretes y la de minerales y fósiles, hologramas, experimentos científicos, el pendulo de foucault, etc…)
En una de las vitrinas hay un pequeña veleta de 4 aspas en las que cada aspa tiene una parte oscura y otra brillante. Cuando encendemos la bombilla que hay junto a ella, la veleta se pone en movimiento girando en la dirección de los lados brillanes. ¿Por qué? La explicación que hay allí es un poco simplona, así que vamos a explayarnos un poco.
Ya aviso que realmente la explicación más aceptada no está del todo demostrada así que todo se queda un poco en el aire. Es lo que pasa cuando no te dan una subvención para investigar por qué funciona un radiómetro (que es como se denomina este juguetito).
Este objeto se supone que viene a demostrar que la luz tiene presión, pero no demuestra nada, es más falso que los astrólogos, videntes y demás parafernalia feriante. 
El radiómetro fue inventado por sir William Cookes en 1873 y desde entonces están tratando de averiguar como funciona. William pensó que era la presión de la luz que empujaba mas en las superficies negras que en las blancas.
Dejaremos la versión más aceptada, pero no concluyente, para el final y descartaremos las mas aceptadas pero incorrectas.

Presión de radiación: la luz es una radiación electromagnética. Es un chorro de partículas de energía sin masa llamadas fotones. Éstos actúan como balas cuando golpean algo. De hecho los fotones pueden sacar a los electrones fuera de muchas sustancias sólidas. Esto se conoce como efecto fotoeléctrico e hizo ganar el Premio Nobel a Albert Einstein. (aunque él se explayó un poco más)
Aunque esta presión existe sabemos que es extremadamente pequeña e insuficiente para poder empujar las aspas. Además debería girar al revés,  pues las superficies negras  se tragan los fotones y las blancas los hacen rebotar, con lo que obtenemos un retroceso hacia atrás. Esto haría que las aspas girasen alejándose de los lados brillantes y hacia los lados negros, y ocurre siempre justo lo contrario.

Presión de gas: Las superficies negras de las aspas absorben más energía  que los lados brillantes, por lo tanto están más calientes (correcto). El aire junto a los lados negros es calentado por esta energía (correcto), lo cual hace que la presión del aire sea mayor en los lados negros (incorrecto). No hay nada que haga que aumente la presión del aire en una determinada dirección. La presión del aire no puede aumentar porque no está confinado y de estarlo no hay razón para que se expanda contra las aspas más que en cualquier otra dirección-

Corrientes de convección: La superficie caliente negra genera más corrientes de aire por convección y el aire sopla las aspas. No hay anda que pueda hacer que las corrientes de convección soplen principalmente en una dirección concreta: contra los lados negros.

La mejor explicación, se dio en 1881 por parte de un ingeniero llamado Osborne Reynolds. Como ya hemos dicho es la mas aceptada como válida pero sin estar completamente demostrada. No es una explicación muy conocida porque no es fácil describir o entender. Básicamente tiene algo que ver con la diferencia de temperatura entre el aire del lado caliente (junto los lados negros) y el aire más frío del lado de las partes blancas. Según parece, después de unas complejas demostraciones matemáticas, cuando este aire fluye hacia los extremos de las aspas, las moléculas mas calientes y rápidas golpean los extremos con un ángulo más oblicuo que las más frías y eso empuja las aspas alejándose del lado negro. Como el resto de explicaciones no se sostiene y esta explicación al menos matemáticamente parece  cierta, pues en eso estamos.
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sábado, 23 de febrero de 2013

CRIPTOGRAFÍA XVIII



Como íbamos diciendo…estamos en la era de la información, millones de datos se mueven por todo el planeta mediante e-mails, páginas web, teléfonos móviles… Datos financieros, gubernamentales, personales…todo depende de la protección de la información, y por supuesto esto depende de la criptografía. Hasta hace pocas décadas los cifrados sólo eran imporatantes para gobiernos y ejércitos,pero ahora los negocios tiene un gran peso y en poco tiempo lo tendrá la información personal para proteger nuestra privacidad…aunque viendo el facebook, de momento la privacidad no nos importa mucho. La criptografía de clave pública (especialmente la cifra RSA) ofreció una clara ventaja frente a los criptoanalistas, pues si el valor de N es suficientemente alto, encontrar p y q cuesta un tiempo extremadamente indecente. (ver: http://cervellet.blogspot.com.es/2010/04/criptografia-xvii.html) . Además la criptografía de clave pública no presenta la debilidad de un problema de distribución de claves. 
Pero los gobiernos tienen un problema con esto…no pueden controlar las comunicaciones de la gente perversa y maligna. Ahora el dilema es buscar la manera de que las personas decentes y empresas puedan usar comunicaciones encriptadas, pero no los criminales.
En los años 80 un tal Phil Zimmermann pensaba que todo el mundo tenia derecho a la privacidad de la codificación RSA, el principal problema era la cantidad de poder informático necesario para producir la cifra. Tal potencia dejaba fuera de juego a cualquiera que no fuera un gobierno, el ejército o una gran empresa con potentes ordenadores. Así que Zimmermann puso su empeño en crear un producto RSA para las masas, lo que además debía de incluir un interfaz simple y que no sobrecargara un ordenador personal corriente. Llamó a su producto "Pretty Good Privacy" o PGP (Privacidad bastante buena).
Pongamos un ejemplo para poder entender esto.
Normalmente si Alicia quiere usar RSA para codificar un mensaje para Benito, lo que debe hacer es buscar la clave pública de éste y luego aplicarla al mensaje. A la inversa, Benito decodifica el texto usando su clave privada y de esa forma invertir la función de una sola vía. Estos dos procesos requieren de una alta manipulación matemática, que puede tardar varios minutos. Si tenemos que enviar un centenar de mensajes, todo se vuelve tremendamente desesperante. 
Zimmermann utilizó un ingenioso truco que utiliza la codificación asimétrica RSA junto con la anticuada codificación simétrica (más simple matemáticamente). El único problema de la codificación simétrica es la distribución de claves, pues ha de ser transportada de manera segura del emisor al receptor. Ahí entra la RSA, pues ésta se puede utilizar para codificar la clave simétrica.
Imaginemos otra vez. Alicia quiere enviar un mensaje cifrado a Benito y comienza a codificarlo con una cifra simétrica (por ejemplo la cifra IDEA, similar a DES). Para codificar con IDEA Alicia necesita elegir una clave, pero para que Benito descifre el mensaje Alicia debe pasarle de alguna manera la clave. Para ello Alicia busca la clave pública RSA de Benito y la usa para codificar la clave IDEA. En total Alicia envía a Benito dos cosas: el mensaje codificado con la clave IDEA y la clave IDEA codificada con la cifra asimétrica RSA. Una vez llega el mensaje a Benito, éste utiliza su clave privada RSA para descodificar la clave IDEA y con esta descifrar el mensaje.
Aunque parezca lioso, la ventaja es que en mensajes grandes se está codificando con una rápida cifra simétrica y sólo la clave IDEA está siendo codificada con RSA. Uno de los problemas informáticos estaba resuelto, ahora había que ponérselo fácil a cualquier persona mediante una interfaz agradable y sencilla.
Generar una clave RSA no es tarea fácil, hace falta encontrar un par de números primos gigantes. Ahora Alicia puede crearla fácilmente, el programa PGP lo hará por ella y además los movimientos del ratón   introducirán un factor aleatorio para asegurar que todo usuario tenga sus propias claves pública y privada únicas. Luego sólo tendrá que dar a conocer al mundo su clave pública.

Otro aspecto práctico del PGP, la firma digital. Normalmente utilizamos la clave pública para codificar un mensaje y el receptor utiliza la clave privada para descifrarlo. Pero, ¿y si lo hacemos al revés? ¿Para que?
Imaginemos que recibimos un correo de un amigo, que certeza tenemos de que lo ha escrito él y no otra persona. En una carta normal podríamos comparar la firma escrita a mano, pero en un mail no podemos asegurar que lo ha escrito el que firma abajo. Sería un problema para los bancos no saber si quien pide que se trasladen 22 millones de euros de un banco de suiza a uno de las islas caimán es realmente la persona que dice ser. Por eso si codificamos con la clave privada (en lugar de con la pública), cualquiera puede descifrar el mensaje (porque se descifra con la clave pública), pero eso nos asegura que la carta ha sido escrita únicamente por Alicia (al estar codificada con la clave privada de Alicia). Si combinamos ambas opciones podemos garantizar la privacidad y al mismo tiempo la autoría. Alicia codifica el mensaje con su clave privada y luego codifica el texto cifrado resultante con la clave pública de Benito. Benito usará su clave privada para acceder al mensaje cifrado y luego usará la clave pública de Alicia para descodificarlo.
Todo esto se vuelve muy complicado, pero Zimmermann desarrolló su programa para que lo hiciera todo automáticamente. La cifra IDEA codifica el mensaje, con RSA codificamos la clave de IDEA y además incorpora la firma digital. 
Con el software Alicia teclea su texto, elige la opción PGP, elige el destinatario (Benito) y PGP se encarga de buscar la clave pública de Benito y realizar todos los procesos matemáticos para la codificación y envío cifrado del mail. Con dos simples clicks de ratón. Y Benito hace lo mismo en su ordenador, abre el mail, elige la opción PGP y obtiene el texto descifrado.
Zimmermann descubrió una forma eficiente de dar privacidad al pueblo llano.
Como temió que el gobierno de EE.UU se le echara encima por realizar semejante barbaridad (no se podría espiar a los malos), decidió en lugar de vender el software, distribuirlo libremente por internet antes de que lo prohibiera la legislación. Poco a poco PGP se extendió por todo el mundo.
Esto supuso un grave problema para Zimmermann, pues no disponía de licencia para utilizar el código RSA en su software, lo que lo llevó a juicios e investigaciones por parte del FBI. Fue acusado de ser traficante de armas al exportar PGP a través de internet, pues en EEUU el software de codificación está incluido en la definición de "municiones", junto a los misiles, morteros, etc…

Desde aquí podéis descargar el software PGP: http://www.pgpi.org/

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lunes, 28 de enero de 2013

La luna y su tamaño


Actualmente estoy realizando un pequeño curso de astronomía y me ha venido a la cabeza algo que seguramente ha decepcionado a más de uno. Seguro que más de una vez habéis visto alzarse en el horizonte una enorme luna y habéis pensado, que luna más grande hay hoy…ojalá tuviera una cámara de fotos para recordarlo. Otros habrán tenido la suerte de en ese momento disponer de una y prepararse para hacer la foto de su vida: una luna enorme apareciendo por el horizonte.

Bien, pues bajemos de la luna y pongamos los pies en la tierra. La luna, en su constante y aburrido viaje alrededor de la tierra no cambia de tamaño. Es igual de grande cuando sale, cuando está en su punto más alto y cuando se esconde. ¿Entonces son nuestros ojos que se hacen grandes y pequeños? No, tampoco. Aunque sí que es culpa nuestra.
Comprobemos antes si es cierto que no es mas grande. Tan fácil como coger una regla, esperar a que la gran luna salga por el horizonte, estirar el brazo y medir. Esperamos unas horas y volvemos a medir la luna pequeña. Tachan!! Miden lo mismo. La decepción suele venir con los que tienen la cámara en la mano en ese momento y hacen la foto…pues en la foto no se ve tan grande, vaya porquería de cámara. Espera, antes de ir a la tienda a que te devuelvan el dinero, no vayas a parecer el tonto de la cámara.

Teorías conspirativas: 
1-"Cuando la luna está baja la comparamos con los elementos que tenemos en el horizonte (árboles, casas, montañas…y parece grande en comparación con ellos". ¿Y cuando sale por el mar sin ningún elemento para comparar? ¿o por una pradera?
2-"Cuando está baja la vamos a través de mucho más aire que actúa como una lente, y la hace parecer mas grande" Lástima que tal efecto de refracción sea muy pequeño y lo único que pueda hacer es deformarla un poco pero no aumentarla de tamaño.
3-"cuando esta la luna baja estamos mirando hacia delante, pero cuando está alta e inclinamos la cabeza, los ojos están un pelín mas aplastados, y debido a esto…bla bla bla."
4-Nuestra experiencia innata nos dice que cuando un objeto se acerca hacia nosotros se hace relativamente más grande. Por ejemplo un balón hacia nuestra cara. Pero la luna según se mueve hacia arriba, no se está acercando ni se hace más grande, así que el cerebro lo interpreta como que es inusualmente pequeña, y esa es la conclusión que extrae. No es que la luna del horizonte sea mas grande, es que que la que está encima nuestro es más pequeña. Esto sería probable si la luna subiera en pocos segundos, pero tarda varias horas y el cerebro ya no las puede comparar con seguridad.

Vayamos a la que parece la explicación más razonable.
Si miramos el cielo y por un momento no pensamos en los documentales del canal Discovery podemos pensar que estamos viendo una gran cúpula donde se van colocando los diferentes planetas y estrellas. Si nos preguntamos lo lejos que está la cúpula celeste, lo más probable es que pensemos que el horizonte está más lejos que un punto justo sobre nuestras cabezas. Pensamos que estamos viendo una cúpula achatada. Pensamos que es así porque nuestra experiencia siempre nos dice que los horizontes están lejos, mientras que no hay nada en nuestra experiencia, ni referencias visuales,  que nos digan que el "techo" también está lejos. Por lo tanto subconscientemente creemos que está más lejos que cuando está sobre nuestra cabezas. Pero nuestra experiencia visual nos dice que las cosas que están mas lejos se ven más pequeñas. Así que cuando la Luna se mantiene en el mismo tamaño de siempre, incluso cuando está lejos en el horizonte, nuestro cerebro no dice: Vaya! Esa luna debe ser verdaderamente grande!! Y eso es lo que nos creemos.

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domingo, 9 de diciembre de 2012

¿Por qué vuela un avión?



¿Cómo es posible que un trasto lleno de remaches de tropecientas toneladas (kilo arriba, kilo abajo) pueda levantar el vuelo y cruzar el atlántico?
Antes de nada hay que buscar un aeropuerto que no sea el de Castellón, de lo contrario permanecerá en el suelo por los siglos de los siglos. Una vez encontrado, simplemente seguiremos algunas leyes físicas.
Seguramente más de uno habrá pensado que el avión vuela debido al principio de Bernoulli, pero siento decir que esta no es la causa principal. Es una forma fácil y rápida de explicarlo, pero casi roza en la mentira.
¿Que nos dice Bernoulli? Bernoulli allá por el siglo XVIII descubrió que al aumentar la velocidad de un fluido en movimiento (líquido o gas), su presión en las superficies adyacentes disminuye. Es algo así como que si sopla viento  horizontal, éste no tiene energía para apretar con fuerza hacia el suelo.
¿Esto en los aviones como afecta? Si observamos el ala de un avión vemos que tiene forma redondeada por arriba y mas o menos plana por abajo. 
Cuando el avión vuela, el aire pasa rápidamente por estas dos superficies. El aire que pasa por la parte superior tiene que recorrer más camino que el que pasa por la parte inferior, debido a que la parte de arriba está curvada. Según esta teoría el aire superior y el inferior deben llegar al extremo final del ala al mismo tiempo, y como el aire de la parte superior tiene que recorrer mas espacio, tiene que moverse más deprisa. Por lo tanto el aire más rápido de la parte superior ejerce menos presión en el ala que el aire más lento que pasa por debajo de esta. Por lo tanto el es empujada hacia arriba. 
El problema es que no hay ninguna ley ni real decreto que obligue a que el aire que pasa por arriba y por abajo deba llegar al mismo tiempo a la parte trasera del ala. 
El efecto Bernoulli sí que contribuye en algo al levantamiento, pero por sí mismo el ala del avión debería tener una forma extremadamente abultada o el avión desplazarse a una velocidad extremadamente alta.
Ahora volvemos a encontrarnos con Newton, sí, el mismo del que hablábamos el otro día sobre el tema del color. Concretamente vamos a vérnoslas con la tercera ley del movimiento de Newton. No de cómo se movía él, sino de como se mueven las cosas en general. Esta tercera ley nos dice que para cada acción debe haber una reacción igual y opuesta. (Esta ley es también la que nos impide saltar en el último instante antes de que un ascensor en caída libre se estrelle. Bueno, esto y que no podemos determinar a que distancia estamos del fondo.)
Así pues, si el ala de un avión esta siendo empujada o levantada hacia arriba es porque hay algo que está siendo empujado hacia abajo. Ese algo es el aire. El ala está "soplando" una corriente de aire hacia abajo con la fuerza igual al levantamiento que está obteniendo.
Si claro…¿y que más?
Nada más. Veamos.
Cuando un fluido fluye, valga la redundancia, a lo largo de una superficie curva, éste tiende a aferrarse más de lo que parece a esa superficie. Este fenómeno tiene un nombre: efecto Coanda. Como efecto de este agarre, el flujo de aire sobre las superficies abraza la forma del ala. El aire de la parte superior se abraza a la superficie superior y el aire de la parte inferior se agarra a la superficie inferior. Las corrientes toman caminos distintos y además terminan fluyendo en distintas direcciones en la parte trasera del ala. No es como si el ala cortada el aire y lo volviera a juntar en la parte de atrás.
Cuando el aire llega al ala, una parte fluye hacia arriba por la superficie y a continuación hacia abajo siguiendo la forma del ala, abandonando ésta en dirección descendente. El ala lleva el aire a un punto inferior de donde comenzó. Simplificando, el aire de la parte superior del ala esta siendo lanzado hacia abajo debido a al forma del ala. Y conforme a la ley de Newton, entonces el ala es empujada hacia arriba con una cantidad de fuerza equivalente. ¡Nos elevamos!
Si piensas que esto no puede hacer mucha fuerza… un pequeño avión a unos 200km/h bombea entre 3 y 5 toneladas de aire hacia abajo por segundo. Así que un Boeing 747  bombea unos cientos de miles de toneladas de aire por segundo para levantarse y mantenerse en el aire.
Pero todavía hay una pequeña cosa que ayuda a volar y que también proviene de la tercera ley de Newton. Las alas de un avión no son paralelas al suelo, están ligeramente inclinadas hacia arriba por delante, aproximadamente unos 4 grados. Esto genera más presión en la parte inferior que en la superior empujando el ala hacia arriba y con ellas el avión que va pegado a ellas. Si el piloto inclina el avión aun más hacia arriba, aumentando el ángulo de ataque, obtiene mas levantamiento debido a este efecto.
Por lo tanto la curvatura del ala y la inclinación hacia arriba son las causantes del vuelo. Así que cuando un avión esta despegando y el avión se inclina hacia arriba no es para apuntar, sino para aumentar el ángulo de ataque y poder elevar ese bicharraco del suelo.

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miércoles, 5 de diciembre de 2012

Sobre el color


Existen dos tipos de personas. Los que dicen que la luz blanca es la suma de todos los colores y los que dicen que no es ningún color.
Por suerte o desgracia los dos grupos tienen razón…pero están hablando de cosas distintas. No es lo mismo hablar de luz blanca que de un objeto blanco.

La luz blanca que nos llega del sol es una mezcla de todos los colores posibles, más exactamente de todas las longitudes de onda posibles. Como la evolución humana ha estado ligada siempre a esta luz, la consideramos como neutra, y llamamos "blanco" a la luz sin un color específico.

En el siglo XVII sir Isaac Newton descompuso un rayo de luz en los colores del arco iris haciéndolo pasar por un prisma triangular. Para comprobar que realmente esos colores estaban presentes en la luz solar, proyecto dos de esos arco iris en una pared y observó que se combinaban para formar luz blanca.

Newton puso nombre a esos 7 colores que formaban el arco iris: rojo, naranja, amarillo, verde, azul, añil y violeta. A día de hoy no hay nadie que me sepa decir que color es ese tal añil.

Realmente no hay solamente 7 colores, el espectro de color es infinito y abarca también los que el ojo humano no ve o no puede distinguir. Bajo la palabra "rojo" existe un amplia gama de tonos de color "rojo", y hay gente que puede distinguir más tonos que otros. Aproximadamente un ojo humano puede distinguir 350.000 tonos de color, al menos eso dicen, no seré yo quien lo cuente.

A diferencia de lo que sucede con la luz, un objeto "blanco" es blanco porque cuando la luz llega a él, refleja todos esos millones de colores de forma homogénea y son captados por nuestros ojos. Las moléculas que componen el objeto no absorben luz visible y nos devuelven el mismo "color" que les llega, el que nosotros entendemos por "blanco".
Los objetos que sí vemos con color, están absorbiendo y reteniendo selectivamente algunos colores de la luz solar y reflejan otros componiendo una mezcla alterada.

Imaginar un objeto de color blanco y rojo iluminado con un foco de luz de color roja. Parecerá que todo el objeto es rojo, pues la única luz que puede reflejar es roja. La parte blanca refleja toda la luz que le llega, como la luz es roja, refleja roja. La parte roja absorbe todo el espectro excepto el rojo, por lo tanto también reflejará rojo.
Si ahora iluminamos con un foco de luz blanca, la parte roja seguirá siendo roja, porque la naturaleza de su tinte tiene la propiedad de absorber todos los colores excepto el rojo. Pero la camisa se mantendrá blanca, pues no absorbe ningún color del foco, devuelve todo el espectro de luz, en ese caso blanco.

De pequeños nos decían en clase de dibujo que los tres colores primarios a partir de los cuales podíamos sacar todos el resto eran: Rojo, amarillo y azul
Juntando rojo y amarillo tenemos naranja, juntando azul y amarillo obtenemos verde…
Sin embargo en clase de ciencias nos decían que los colores primarios eran el rojo el verde y el azul.
¿Ahora quien tiene razón aquí?
Pues pasa algo parecido a lo de antes, que cada uno piensa en el color de forma distinta.
Los científicos interpretan el color como luz de diferente longitud de onda, mientras que los artistas piensan en color como un conjunto de pinturas y tintes. 
Por lo tanto tenemos colores primarios de la luz y colores primarios de los pigmentos. O más concretamente llamados colores aditivos y colores sustractivos.
Una luz coloreada está compuesta de una mezcla de ondas de luz de varias longitudes. Debido al funcionamiento de nuestros ojos, las luces de longitud de onda azul, verde y roja contienen todas las longitudes de onda necesarias para ser mezcladas y producir cualquier color. Por eso el azul, verde y rojo son los colores primarios de la luz.
Por contra un objeto coloreado presenta un color determinado debido a las longitudes de onda que absorbe de la luz que le llega. O sea, absorbe determinadas longitudes de onda de la luz y refleja el resto con el color que vemos. Mezclando pigmentos azul, amarillo y rojo podemos crear otros pigmentos capaces de absorber cualquier combinación de longitudes de onda. Por eso los colores rojo, amarillo y azul se consideran los colores primarios para mezclar pinturas. Si afinamos un poco más diremos que los colores que realmente son mejores absorbiendo el rojo, el verde y el azul (RGB), a los que mas sensibles son nuestros conos visuales, son el amarillo, un rojo púrpura llamado magenta y un azul verdoso llamado cyan. (CMY) Estos son los tres verdaderos colores primarios sustractivos que se usan para obtener colores de tintes, pinturas, etc.. 

El sistema basado en la luz se llama aditivo porque diferentes combinaciones de longitudes de onda se suman entre ellas para producir distintos colores de luz. El sistema basado en pigmentos se llama sustractivo porque diferentes combinaciones de longitudes de onda son absorbidas de la luz para producir distintos colores de pinturas o tintes.

El ojo humano funciona con el principio aditivo. Tiene tres tipos de células sensibles al color en la retina, llamadas cono. Cada una es muy sensible a la luz azul, otra al verde y otra a la luz roja. Nuestra percepción de los colores depende de los grados relativos de estimulación de esos tres tipos de células por la luz que nos llega. el cerebro los suma para producir sensaciones de varios colores. Nuestros ojos sólo reaccionan a estimulaciones de estos tres receptores del color, así que sólo necesitamos estos tres para producir todos los tonos distinguibles por el ser humano.
¿Entonces, por ejemplo como podemos ver el color púrpura si sólo reaccionamos ante tres colores? Porque estos conos no son sensibles exclusivamente a un color. Cada uno también es sensible en menor grado a los otros dos colores. Por ejemplo una luz amarilla, estimula tanto a células sensibles al verde como al rojo, y eso nuestro cerebro lo interpreta como amarillo.

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