dimecres, 27 d’agost de 2014

Qüestió d'Estats (II)

(Primera part de l'experiment aquí)

L'excursió a la Pica d'Estats va començar a l'àrea metropolitana de Barcelona, no crec que a més de 20 metres sobre el nivell del mar. L'aspecte de la bossa de fruits secs i el paquet envasat al buit era el que vaig mostrar al post anterior. En aquest punt he de dir que no disposo d'aquests trastos tan bonics que són altímetre-baròmetre-termòmetre i que fins i tot (fins i tot!) et diuen l'hora. Per tant tot seran aproximacions i observacions dels canvis a ull nu. Ciència primigènia.

Comencem, doncs. Després d'un llarg camí en cotxe vam arribar al refugi de Vallferrera (1940 metres d'alçada) per fer nit i sortir ben d'hora ben d'hora l'endemà. Amb un desnivell acumulat d'uns 1920 metres aproximadament, l'aspecte del nostre objecte experimental era aquest.


Comencem a veure canvis? Potser és una mica aviat encara, quan demà arribem al cim els tornarem a mirar.

- - - - - - - - - - - -

El dia comença a clarejar, ens calcem les botes i comencem a caminar. El trajecte és llarg, l'ascensió no és uniforme sinó que hi ha trams amb poc desnivell i trams on hem de grimpar, fins que finalment assolim el cim. I un cop allà, a part de celebrar l'ascensió al meu primer 3000, ens fixem en què els ha passat als nostres objectes.


La bossa de fruits secs, efectivament, s'ha inflat. La quantitat d'aire de dins la bossa segueix essent la mateixa, però la diferència de pressió entre l'exterior i l'interior ha variat. La bossa és uns sistema tancat, de manera que a dins la pressió és la mateixa que la de l'indret on va ser empaquetada, mentre que la de fora ha anat baixant conforme hem anat pujant en alçada. I què vol dir que hagi "baixat" la pressió? La pressió no és més que una força exercida sobre una unitat de superfície, per tant el que tenim és que la força que exerceix el gas de fora contra la bossa és inferior a la força que exerceix l'aire de dins contra les parets de la mateixa bossa. Més o menys, vull dir això:


Si intentem entendre els canvis de volum observats seguint la llei dels gasos ( i recordant que ni n ni R varien):

V=(n·R·T)/P

Veiem que el canvi de volum es veu influenciat tant per la temperatura com per la pressió, però de manera antagònica. La disminució de temperatura a mesura que pugem beneficiaria una disminució del volum del gas i per tant, de la bossa, mentre que la disminució de la pressió afavoreix que incrementi el volum que ocupa el gas. L'ordre de magnitud de canvi, però, és molt diferent. Com a molt el canvi de temperatura haurà estat d'uns 20 graus (d'uns 300 K a 280 K), mentre que en termes de pressió atmosfèrica hem passat d'uns 101000 Pa a uns 70000 Pa aproximadament. Per tant, la influència de la temperatura en aquest cas és menyspreable respecte el canvi de pressió al qual ens hem exposat, i l'aire s'expandeix clarament a l'interior de la bossa. Si ens mirem les imatges simultàniament, ho percebem molt millor.


I a la bossa envasada al buit, què li ha passat?


Si ho intento puc pinçar el plàstic i separar-lo del seu contingut, sembla ser que s'ha inflat una mica, i això que era el nostre control negatiu... I és que malgrat que intentem fer el buit, mai arribarem a extreure absolutament tot l'aire contingut dins del recipient, sempre en quedarà una mica. A més, hem de tenir en compte que també hi ha aire dins del menjar, i aquest menjar no veiem que tingui una aparença comprimida, sinó que conserva la seva forma original. En pujar en alçada, de nou aquest aire residual s'expandeix a causa de la diferència de pressió i fa que la bossa s'infli lleugerament. El concepte de buit absolut és molt discutit, però amb l'experiment no volem anar tant enllà. Senzillament volia deixar entreveure que quan diem que fem el buit als aliments estem utilitzant termes científics amb un rigor i significat una mica diferents dels que tenien originalment en el camp de la ciència quan es van crear. 

Per a la baixada, em reservo una nova variant de l'experiment, però a la inversa. Agafo una ampolla d'aigua de plàstic de la qual m'he begut tot el seu contingut i a dalt la Pica d'Estats, a 3000 metres d'alçada, la tanco tan fort com puc. Com estarà l'ampolla quan arribi a casa? Que li passarà a l'aire del seu interior, si comencem a baixar en alçada i la pressió atmosfèrica del voltant comença a augmentar? Doncs això.


L'aire de dins l'ampolla en aquest cas està a una pressió molt inferior ja que prové del cim de la Pica, mentre que en arribar a casa torno a estar gairebé a nivell de mar. Per tant, des de fora l'aire exerceix una pressió cap a l'ampolla molt superior a la força que fa l'aire de dins i per tant, l'ampolla es comprimeix.

I fins aquí una barreja de natura i ciència! Una demostració senzilla de com podem experimentar amb instruments força senzills i una petita fórmula com funcionen les diferents forces que actuen sobre tots nosaltres. 

diumenge, 24 d’agost de 2014

Qüestió d'Estats (I)

Potser algun cop, si heu fet excursions a la muntanya i heu pujat a alçades considerables, haureu notat que se us tapen les orelles i que sentiu un so sord, fins i tot xiulets. És un fenomen que també podeu experimentar si agafeu un avió, o si practiqueu submarinisme. Estem posant a prova el nostre timpà, una membrana que separa l'oïda externa de l'oïda mitjana i que és sensible als canvis de pressió atmosfèrica. La pressió que exerceix l'aire de l'atmosfera sobre nosaltres és més subtil que no pas una ratxa de vent o l'escalfor del sol: ens afecta gradualment, i si no prenem precaucions pot comportar conseqüències greus

La massa d'aire que envolta la Terra, que està formada de diferents gasos, té la capacitat d'adaptar-se al lloc on està, s'expandeix fins que ocupa tot l'espai possible gràcies a que les seves partícules emmagatzemen molta energia que es transforma en moviment, en cinètica. Quan els elements perden energia, les partícules que el formen s'alenteixen i s'ordenen en l'espai, fent que canviï l'estat de la matèria i l'element passi a ser líquid. Si segueix perdent energia, acabarà essent un sòlid. Com que en estat gasós les partícules estan força separades entre elles, un gas es pot comprimir fins a fer-ne encabir una quantitat raonable dins una bombona, per exemple. 

Hi ha diferents paràmetres que influeixen en el comportament que té un gas, alguns d'ells estan representats a la llei dels gasos ideals

P·V=n·R·T

On P és la pressió, V el volum que ocupa el gas, n és el nombre de mols, R és una constant (8,31 J/K·mol) i T és la temperatura.

Aquesta equació no deixa de ser una aproximació ja que assumeix que el gas es comporta de manera ideal, però tot i així ens serveix per entendre moltes coses. Per exemple, em permetrà comprovar els canvis de pressió atmosfèrica que tenen lloc quan pugem a 3000 metres d'alçada: me'n vaig a fer un experiment al sostre de Catalunya!  

Per tal de poder visualitzar aquest canvi de pressió, el meu objecte experimental serà un recipient hermètic dins el qual hi haurà aire emmagatzemat, i que sol formar part de l'equip d'un bon excursionista. Concretament, l'objecte d'estudi serà aquest:

Prometo no menjar-m'ho abans d'arribar al cim!

Si ens fixem en la fórmula, veiem que un dels paràmetres sempre és el mateix, la constant R. Però si el meu recipient és hermètic vol dir que no hi entrarà ni sortirà aire, o sigui, que els mols que hi hagi dins la bossa de fruits secs sempre han de ser els mateixos (n). A la pràctica, doncs, els paràmetres que variaran seran la pressió, el volum que ocupa l'aire i la temperatura. 

Per fer-ho una mica més animat, he dividit el post en dues parts. Al proper post penjaré l'execució de l'experiment, perquè mentrestant pugueu pensar en què va passar quan la bossa de fruits secs va arribar al cim de la Pica. I per fer-ho encara més rigorós, l'experiment tindrà un control negatiu: un paquet envasat al buit que idealment no hauria de tenir gens d'aire al seu interior. 

Què, us hi animeu?




(Actualització a 27/08/2014: ja es pot consultar la segona part de l'experiment!)

dimecres, 20 d’agost de 2014

Al·lèrgies

En un post anterior ja vaig fer una breu pinzellada de les al·lèrgies, aquella reacció que fem davant de substàncies que en principi no són nocives pel nostre cos. No som perfectes, el nostre sistema immunitari també s'equivoca i de vegades fabrica anticossos contra proteïnes presents a les verdures, proteïnes dels cereals o dels àcars, per exemple, els quals anomenem al·lèrgens. Tots sabem que hi ha persones que són sensibles (al·lèrgiques) a un al·lergen en concret i d'altres que no, i això passa perquè els que en són sensibles fabriquen anticossos contra aquests al·lèrgens (que s'anomenen anticossos de tipus IgE), que seran els desencadenants de la resposta immune. 

El procés és senzill: l'anticòs, que no sol circular lliure sinó unit a la superfície de limfòcits, reconeix l'al·lergen i s'activa: ha detectat que l'al·lergen és dins el nostre cos, i interpreta (erròniament) que és nociu. Sota la premissa que "la millor defensa és un bon atac", el limfòcit s'encarregarà d'activar altres cèl·lules, que alhora contribuiran a que es comencin a fabricar anticossos IgE específics contra aquell antigen de manera massiva, tots iguals als que ja teníem. De sobte, al nostre cos la quantitat de IgE s'ha multiplicat de manera exponencial. Malgrat la importància dels anticossos, però, no deixen de ser una molècula senyalitzadora, una molècula que reconeix la proteïna estranya i s'hi enganxa com una paparra. De vegades es fan grumolls de moltes molècules i molts anticossos units, fet que pot obturar conductes i tenir conseqüències greus, però no és per aquí per on vull anar. El fet és que l'anticòs en sí no té cap funció més que ser una senyal d'alarma. Ell per sí sol no fa que als al·lèrgics els hi ragi el nas, els hi piquin els ulls o se'ls obturin els bronquis, sinó que el que realment desencadena tot aquest quadre de símptomes és que les IgE fabricades s'uneixen a la superfície dels mastòcits, un altre tipus cel·lular del sistema immune. Aquestes cèl·lules són molt grans, tenen molts grànuls al seu interior plens de mediadors com ara la histamina, i sobretot, tenen moltíssims receptors per segrestar IgE a la seva membrana. Això provoca que quan les IgE reconeguin l'al·lergen, una senyal serà emesa cap a l'interior del mastòcit i gairebé de manera immediata, els grànuls d'histamina s'alliberaran a l'exterior. Aquests mastòcits s'acumulen al nostre cos sobretot a les mucoses (nas, boca, intestí...), que són les regions per les quals l'al·lergen entra al nostre cos. Així ens assegurem que la resposta sigui el més immediata i potent possible. 

Mastòcit. Font: Univ de Yale

L'atac del nostre cos, doncs, és l'alliberament d'histamina. Aquesta molècula no només forma part del sistema immune sinó que també és un neurotransmissor, transmet senyals d'una banda a l'altra del sistema nerviós i des d'aquest als diferents òrgans, com ara els músculs. És per aquest motiu que als prospectes dels antihistamínics sovint hi ha efectes secundaris tals com somnolència o interacció amb medicaments antidepressius. Però pel que fa a la seva funció de defensa de l'organisme, la histamina bàsicament és un vasodilatador, fet que contribueix a irrigar la zona, fer que hi arribi més sang i amb ella, més cèl·lules que ajudaran a controlar la situació davant "l'agent estrany" que ha entrat. A més, afavoreix la permeabilització dels capil·lars per tal que les cèl·lules puguin sortir del torrent sanguini, detectar l'al·lergen i "netejar" la zona. No surten soles, però, sinó que les acompanya una gran quantitat de fluid, que pot provocar petits edemes i per tant, inflamació a la zona. Amb tot això, ja podem entreveure d'on prové tot aquell quadre simptomatològic tan típic de les al·lèrgies: el nas raja (permeabilització), estornudem (s'estimula el sistema nerviós autònom), hi ha congestió nasal (alta irrigació i permeabilització)... I un llarg etcètera, ja que no tothom respon de la mateixa manera ni amb la mateixa intensitat. 

Veiem doncs que el diferents elements del sistema immunitari són molt polivalents, i podríem seguir. La histamina, els mastòcits, els limfòcits, etc no tenen una única funció, i malgrat que això ens sol beneficiar per sobreposar-nos a situacions diferents, veiem que de vegades ens toca la pera com en el cas de les al·lèrgies. És el preu a pagar per tenir tot un entramat de cèl·lules i molècules tan ben connectat!

  © Blogger templates 'Neuronic' by Ourblogtemplates.com 2008

Back to TOP