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Respuestas VII: ¿Qué es el efecto Coriolis?

Jose Antonio Hernández me ha pedido si esta semana podría hablar del efecto Coriolis. No es una pregunta, pero creo que lo que quería decir realmente era: ¿Por qué los huracanes giran en sentido contrario a las agujas del reloj en el hemisferio norte y van al revés en el sur?

Muy buena pregunta, Jose Antonio.

Se suele culpar al efecto Coriolis de que el agua supuestamente gire en sentido contrario en los retretes de Australia. Esto no es cierto y, en caso de que se produzca realmente el fenómeno, es culpa de los fabricantes de váteres australianos que nos están tomando el pelo a todos y no del efecto Coriolis.

El mito fue propagado por una serie de documentales de la BCC llamado “Pole to Pole” (Polo a Polo) en 1992, en la que el presentador Michael Palin pasaba por una zona turística en Kenia, sobre la línea del ecuador. Allí encontraba a un tipo demostrando a los turistas cómo el agua giraba en sentido diferente (con desagües trucados) dependiendo de lado de la línea en el que se encontrara. Al final, resultó que todo era un montaje.

Vamos a ver por qué.

El efecto Coriolis es en realidad muy simple de explicar. En una esfera rotatoria, los puntos que se encuentran sobre el ecuador se mueven más rápido que los que están en latitudes más extremas.

Esto, que parece una tontería, tiene un gran impacto sobre la atmósfera de la Tierra. En el ecuador, nuestro planeta tiene un perímetro de 40.000 km y cualquier punto sobre él dará una vuelta completa alrededor de eje terrestre en 24 horas. La velocidad para cualquier punto del ecuador es, entonces, de 1.667 km/h. A medida que nos alejamos del ecuador, la circunferencia sobre la que nos encontramos es menor y, por tanto, un punto sobre su superficie da una vuelta más pequeña en el mismo tiempo, lo que significa que se ha movido a una menor velocidad. Por ejemplo, basándonos en esta fórmula, podemos calcular que Barcelona se mueve a unos 1.256 km/h alrededor del eje de la TierraReikiavik a 732 km/h, mientras que el polo norte geográfico no se desplaza en absoluto.

Como el aire no está “anclado” a la superficie de la Tierra, las masas de gas un poco alejadas de la superficie quedan algo rezagadas respecto al suelo. El efecto es mucho más intenso en la zona donde la velocidad de la superficie es mayor: el ecuador. Esto determina el sistema de circulación de los vientos según la latitud, que en general queda así.

Curiosamente, este comportamiento del aire, junto con el odio que la naturaleza siente hacia las bajas presiones, provoca que los huracanes y tormentas suficientemente grandesgiren en diferentes direcciones dependiendo del hemisferio en el que se encuentren.

¿Y por qué los huracanes sí que giran en sentido contrario según el hemisferio y los desagües no?

Los huracanes y tormentas pueden medir cientos de kilómetros de largo y sus extremos encontrarse sobre diferentes latitudes de la superficie terrestre. Como ya hemos dicho, cada latitud experimenta una velocidad diferente a medida que la Tierra rota, por lo que cada extremo del huracán se ve afectado por velocidades de giro diferentes y termina adoptando este patrón en espiral.

Un desagüe, en cambio, no se extiende a lo largo de varias latitudes. Los extremos de la masa de agua de tu lavamanos no están suficientemente separados como para que experimenten la rotación diferencial de la superficie terrestre, así que no sienten el efecto Coriolis.

¡Oye, oye! ¡Pero no te vas de aquí sin decirme qué pasaría entonces si la Tierra no rotara!

Obviamente, que la mitad del planeta luciría un bronceado envidiable…

…Y que la tendencia del aire de moverse entre focos fríos y calientes provocaría que sólo hubiera circulación de aire entre el ecuador y los polos.

Los noticiarios se volverían locos hablando de olas de frío polares.

Pero en materia de efecto Coriolis, en este planeta somos unos principiantes.

Cuanto mayor es una esfera y más rápido gira, más se acentúa el efecto. Gracias a esto, en Júpiter, que tiene un diámetro de casi 143.000 kilómetros (frente a los 12.756 de la Tierra) una tormenta de 20.000 kilómetros de ancho por 12.000 de largo lleva soplando desde, al menos, el año de su descubrimiento, en 1664, con vientos de hasta 432 km/h. En un despliegue de imaginación sin igual, su descubridor John Hooke la bautizó “la Gran Mancha Roja“.

Podemos hacernos una idea del tamaño, en comparación.

La atmósfera de Júpiter es la manifestación del efecto Coriolis en todo su esplendor: el planeta está compuesto prácticamente de gas y su día dura 9.9 horas, por lo que el ecuador se mueve a unos 45.400 km/h mientras a su alrededor se forman bandas de nubes más lentas que se mueven por el planeta en diferentes direcciones.

El siguiente vídeo fue tomado por la sonda Voyager I en 1979 (de ahí la calidad opuesta a HD) mientras se acercaba a Júpiter. Es una composición de fotos tomadas durante un periodo de 60 días y en ella se puede apreciar muy bien el movimiento en direcciones opuestas de las diferentes bandas creadas por el efecto Coriolis que se extienden por su atmósfera.

Pero, a su vez, Júpiter también es un novato si lo comparamos con el millón y medio de kilómetros de diámetro del sol.

Las diferentes velocidades de rotación a lo largo y ancho del volumen de nuestra estrella no sólo convierten su superficie en un caos: cuando las partículas cargadas del plasma que compone el sol se mueven a distintas velocidades, generan un campo magnético irregular y en constante cambio, lo que da lugar a llamaradas solares y eyecciones de masa coronal.

Evolución del campo magnético del sol a medida que este rota. El plasma se desplaza mucho más deprisa en el ecuador que en los polos. Fuente: physics.uc.edu.

Para entender mejor cómo el campo magnético del sol termina lanzando al espacio plasma a grandes velocidades, lo explicaba con más detalle en esta entrada sobre llamaradas solares.

Dejando de lado al sol,  he ido al baño a comprobar en qué sentido gira el agua de mi váter, y sigue el sentido contrario a las agujas del reloj.

Como decía, esto no tiene nada que ver con el efecto Coriolis. El responsable es este chorro que se apaga el último y que obliga al agua a girar en ese sentido.

Os animo a que comprobéis hacia qué lado gira el agua de vuestro retrete y de qué marca es y me lo digáis en los comentarios. Tal vez descubramos algo insólito.

Lentes gravitacionales

Dejo aquí esta imagen sin ninguna explicación y te reto a adivinar lo que es sin mirar leer el resto de la entrada. 

No, no, aunque lo sepas puedes seguir leyendo.
Ni siquiera la luz puede escapar de un agujero negro” es una frase que suena familiar aunque no se sienta ningún interés por la astronomía. Y es verdad, la fuerza gravitatoria de un agujero negro es tan grande que absorbe hasta la luz, pese a que viaje por el espacio a 300.000 kilómetros por segundo. Pero no hay que ser una singularidad de densidad infinita para tocarle la moral a la luz.
Pero, si los fotones, las partículas que componen la luz, no tienen masa- estamos simplificando para no soltar una parrafada extra, físicos, por favor, detened a vuestros sicarios- ¿Cómo puede afectarles la fuerza de la gravedad?

La gravedad como la entendemos, según la Relatividad General, no es exactamente una fuerza que ejerce su influencia sobre las cosas, sino una distorsión del espacio-tiempo.

La manera de representarlo es el típico ejemplo de la bola sobre una malla. Si el espacio fuera una malla elástica estirada, entonces la gravedad sería la distorsión que un objeto crea al posarse sobre ella. Cualquier cuerpo que intente atravesar esta distorsión va a ser desviado, ya sea un planeta, Ronnie Coleman, un asteroide o la propia luz.

Aunque, para representar mejor el fenómeno de la gravedad y la malla, habría que añadirle una tercera dimensión a la malla, meter la bola dentro y que de alguna manera esta tirara de ella en todas direcciones. Es un ejemplo algo más contraintuitivo, pero queda algo así.

Así que cuando un objeto muy masivo, normalmente una galaxia, se interpone entre nosotros y algo brillante, la distorsión que crea en el espacio desvía la luz a su alrededor y nos la devuelve con un ángulo diferente. Desde nuestro punto de vista no percibimos esa desviación, y nos parece que el objeto está ahí de donde viene la luz.
A escala en la imagen: nada.
Hay muchos grados de desviación, según la masa del cuerpo que actúa como lente, la distancia a la que esté del objeto y de nosotros. Con esta herramienta se puede jugar un poco con estos parámetros y ver la lente gravitacional resultante.
Hay muchos ejemplos de lentes gravitacionales, el más famoso de ellos es la “cruz de Einstein”, a quien se le dio el nombre de este afamado científico porque en parte lo predijo cuando desarrolló la relatividad general.

“¿Revoluciono la física y me lo agradecéis poniéndole
mi nombre a ESTO?” – Albert Einstein. 

Y, como siempre, la cosa se sale de madre por algún lado.
En este caso, son las estrellas de neutrones las que rompen el saco. Aconsejo familiarizarse un poco con los agujeros negros en esta entrada antes de seguir leyendo.
¿Ya está? Bien.
Las estrellas de neutrones son las hermanas pequeñas de los agujeros negros. Si habéis leído la entrada que os he mencionado, sabréis que un agujero negro son los remanentes comprimidos hasta el extremo de una estrella muy masiva
Cuando una estrella inmensa llega al final de su vida, estalla con la explosión más potente que se conoce: una supernova. Esto manda a tomar por saco las capas superficiales de la estrella y comprime el núcleo con una fuerza inimaginable. Lo que queda cuando se disipa todo el desastre es el mismo núcleo de la estrella, sólo que muchísimo más pequeño y con muchísima más masa.
Según lo grande que fuera la estrella, una mayor o menor cantidad de masa quedará compactada en el núcleo y dará lugar a:
1) Un agujero negro, un punto de densidad infinita en la que no pueden aplicarse las leyes de la física.
2) Una estrella de neutrones, una esfera tan densa que si pudiéramos acercarnos, coger una cucharada de té (unos 5 mililitros) de su superficie, traerla de vuelta a la Tierra y… 
… Bueno, una cucharadita de estrella de neutrones pesaría unos 5.000.000.000.000 (cinco billones) de kilos, así que el aterrizaje de la nave que trajera eso de vuelta sería un poco accidentado y toda esa masa probablemente acortaría el día unos microsegundos o algo por el estilo, así que olvidémonos de esta expedición estrafalaria.

A parte de su densidad y tamaño, tampoco sabemos mucho de las estrellas de neutrones, de todas maneras.

Traducción de más o menos toda la imagen: “no tenemos ni 
idea, así que vamos a poner conceptos generales y palabras técnicas  
que suenan bien”. Fuente: astro.umd.edu.
La cuestión es que, al contrario que un agujero negro, las estrellas de neutrones tienen una superficie sobre la que podrías pasear tranquilamente si fueras capaz de soportar 200 mil millones de veces tu propio peso, mientras conservan un potente campo gravitatorio debido a la enorme cantidad de masa que las compone. 
Y, en ese caso, podemos simular cómo verías el cielo a medida que te vas acercando a una estrella de neutrones y la sobrevuelas cerca de la superficie. Básicamente, estarías observando lentes gravitacionales allá donde miraras.

Hay que entrar el siguiente link, ya que es una especie de “gif” convertido en una animación “flash” y no he conseguido adjuntarlo directamente en el “post”.

Explico un poco de qué va el asunto, por si hay problemas con el inglés.
La animación nos muestra una nave acercándose a la Tierra, y las estrellas de fondo no cambian porque la gravedad terrestre es demasiado débil como para afectar a la luz. 
A partir de este punto, imaginamos que la Tierra es una estrella de neutrones. A medida que nos acercamos a ella, el fondo estrellado empieza a distorsionarse progresivamente porque la luz está siguiendo el espacio-tiempo fuertemente distorsionado. Si nos ponemos a rotar alrededor de la estrella, el panorama se vuelve aún más bizarro.

Finalmente, la animación imagina que sobrevolamos la estrella de neutrones a cierta distancia de la superficie. El cielo parece volverse completamente loco en este punto y las estrellas se desplazan hacia la franja central del cielo y escapan hacia arriba. El propio horizonte se curva hacia arriba por el mismo efecto y cada vez que giraras la cabeza el panorama cambiaría.

La animación termina diciendo que la vida en una estrella de neutrones sería como vivir en una “fun house”, que se traduce como “casa de la diversión”, que supongo que es alguna atracción de feria divertida.

Personalmente, a este caos no le veo la diversión por ninguna parte.

Respuestas VI: tartas mortales.

El otro día fue mi cumpleaños y Mario García (23 años, soltero, le gustan la aventura y los paseos por la playa) me felicitó preguntándome a qué velocidad tendría que tirarme un pastel a la cara para dejarme inconsciente.
Paralelamente, al día siguiente mi amiga María García-Ruiz, administradora de la página Pasteles para ser feliz, me sorprendía con esta deliciosa bomba calórica:

 

 

Así que me ha facilitado los datos técnicos de mi propio pastel de cumpleaños (que técnicamente se llama Red Velvet, o “Terciopelo Rojo”) y voy a calcularlo todo basándome en mi propia cabeza.

En primer lugar, lo que deja a alguien inconsciente de un golpe en la cabeza no es la fuerza en sí, sino la aceleración a la que el golpe somete al cerebro, siempre y cuando no haya fracturas en el cráneo. La aceleración necesaria para dejar a un humano inconsciente son unos 6 G, que no es una nuevo sistema más eficiente de transmisión de datos de telefonía móvil. 1 G es la aceleración a la que estamos sometidos constantemente por el campo gravitatorio de la Tierra, unos 9.81 m/s2, lo que significa que somos atraídos hacia la Tierra a un ritmo de 9.81 metros por segundo cada segundo. Obviamente, el suelo impide que lo observemos en nuestro día a día, y esto sólo se manifiesta cuando caemos.
En segundo lugar, hay que tener en cuenta que el choque entre la tarta y mi cabeza es inelástico: la tarta viaja a una velocidad cualquiera e impacta contra mi cabeza, que está quieta (su velocidad es 0), y ambos continuamos la trayectoria juntos. Consideraremos que desde el momento que el pastel impacta en mi cara hasta que ambos nos detenemos, pasa 1 segundo. Como 6 G equivalen a 58.86 m/s2, el impacto de la tarta tiene que propulsarme a 58.86 m/s para dejarme inconsciente.
Podemos ahorrarnos el papel y lápiz y usar esta calculadora online mucho más efectiva. Así, descubrimos que para que mi cabeza (que debe pesar unos 5 kg) y la tarta (alrededor de 1 kg) se unan y frenen a 58.86 m/s2, el pastel tiene que impactar contra mi cabeza a la friolera de 354 m/s (1275 km/h).
A esta velocidad ocurre algo curioso, porque la velocidad del sonido es de 334 m/s en el aire así. Como nuestro pastel viaja más rápido, en algún momento, va a romper la barrera del sonido. Estas son las entradas que me gustan.
Convendría enseñar primero qué pasa cuando un avión supera la velocidad del sonido.

 

El trueno que se escucha es el resultado del avión yendo tan rápido que el aire no es capaz de apartarse de su camino a tiempo. Es más fácil de explicarlo con el siguiente ejemplo.

 

 

Romper la velocidad del sonido sería el equivalente en aviación al caso del barco que deja una estela muy cerrada tras de sí, donde las ondas de presión formadas por el avión mientras atraviesa el aire viajan muy apretadas. Lo que nuestro oído interpreta como un estruendo ensordecedor son estas ondas de presión.
El estrés que soporta el fuselaje del avión cuando alcanza esas velocidades es tremendo. Los aviones supersónicos están preparados para soportar los esfuerzos a las que los someten estos frentes de presión… El secreto está en fabricar el opuesto matemático de un pastel.
Otra cosa curiosa que ocurre cuando los aviones superan la barrera del sonido es que, mientras frente al avión se genera una zona de altas presiones por la presencia de todo ese aire compactado, en la parte trasera ocurre lo contrario.
Para mantener el equilibrio, la naturaleza compensa la falta de presión bajando la temperatura, lo que condensa la humedad del aire en la zona de baja presión. Es entonces cuando ocurre esto:

 

 Fuente: nasa.apod.gov

 

Al atravesar la barrera del sonido se forma una nube detrás del avión pero, a esa velocidad, no tarda en disiparse.
¡PERO DIME YA CÓMO AFECTA TODO ESTO AL LANZAMIENTO DE LA TARTA!
No nos engañemos: el caso más probable es que la tarta se desintegre mientras la lanzamos o mucho antes de alcanzar la velocidad del sonido y recorra el aire convertida en una masa discontinua y homogénea de bizcocho, crema y flores de adorno. Pasaría algo así.

 

 

 

La masa que impactaría contra mí es demasiado dispersa y ligera como para moverme por efecto del impacto. Lo más probable es que cayera al suelo involuntariamente, presa de la confusión y el miedo.
Pero como eso es un poco decepcionante, vamos a suponer que, como no existe un ser humano capaz de lanzar un pastel a 354 m/s y un cañón no es una opción viable, conseguimos propulsar el pastel de tal manera que no se desintegre al ser lanzado. No sé, tal vez acoplarle un pequeño cohete muy eficiente que se desprenda en el momento adecuado.
Mientras la tarta atraviesa el aire a alcanzando MACH 1, la velocidad del sonido, la presión a su alrededor va deformándola, probablemente se desprende la capa externa de crema por el camino a la vez que tras la tarta empieza a formarse una nube blanquecina. Creo que en este punto, la tarta se comportaría aerodinámicamente de manera parecida a una bala.

 

En la imagen: el tartazo definitivo.

 

Cuando por fin alcanza velocidades supersónicas, el bizcocho no es capaz de aguantar el poderoso frente de presión que se forma frente a él y la onda de choque lo desintegra en unos milisegundos con el sonido de una detonación. Probablemente tendría tiempo de entornar los ojos, alertado por el ruido, décimas de segundo antes de ser rociado por una fina lluvia de crema, flores y pequeñas partículas esponjosas.
La situación que resultaría sería probablemente la experiencia más desconcertante que viviría en mi vida.

 

Las flores rojas añadirían un plus de confusión al momento.

Moraleja: no puedes dejar a alguien inconsciente de un tartazo. Y, aunque Ciencia de Sofá no lo recomienda ni promueve: si algún loco consigue hacerlo, que al menos lo documente y me lo haga saber.

Recordamos a los señores lectores que pueden mandar sus preguntas estrafalarias por Facebook, Twitter o a jordipereyra@cienciadesofa.com

Respuestas V: ¿Puede compensarse una rueda reventada con velocidad?

Ivan Manko paró a hinchar las ruedas en una gasolinera y pensó en Ciencia de Sofá. Le invadió la siguiente duda, que me envió por Gmail:
¿A qué velocidad tendría que ir con las ruedas completamente deshinchadas para que el neumático se levante con la fuerza centrífuga y parezca que está hinchado?
Esta fue mi respuesta inicial.

Tengo que aclarar que, en el momento en que estoy empezando a escribir esto, no tengo ni idea de cual es la respuesta, pero no puedo evitar imaginar que el coche tendría que ir a velocidades superiores a las del sonido. De ahí la risa.
Vale, lo que Iván plantea es esto:

Para aguantar el peso del automóvil, la rueda deshinchada tiene que mantener su forma original pese a tener todo un coche descansando sobre ella. En condiciones normales, el gas confinado por la goma del neumático es el que soporta ese peso, pero ahora el aire está fuera de la ecuación. La goma del neumático tiene que apañárselas ella sola para, de algún modo, aguantar el peso del coche.

Y aquí entra en juego la fuerza centrípeta
Si tú y un amigo cogéis una cuerda de un extremo cada uno y uno de vosotros empieza a girar alrededor del otro, podrá sentir la fuerza centrífuga. Es esa sensación que parece intentar empujarte en dirección contraria a la cuerda que estás sujetando.
La misma fuerza es la responsable de que el agua contenida en un cubo se mantenga pegada contra la base mientras éste gira, impidiendo que el líquido se derrame aún estando el cubo boca abajo.
Total, que la aceleración centrípeta actúa sobre cada punto del contorno de una rueda que está girando. El sistema de fuerzas que actuará sobre nuestra rueda será el siguiente:
Ahora toca asumir unas cuantas cosas.
– Conducimos una flamante Citroën Berlingo.
– Todas las ruedas están reventadas.
– La masa máxima de carga es de 2065 kg.
– El peso se reparte uniformemente entre las cuatro ruedas. 
Cada rueda aguanta una cuarta parte del peso del coche. Por tanto, para que la rueda se mantenga “hinchada”, la zona de contacto con la carretera tendrá que ejercer la misma fuerza contra el suelo que el peso que el coche ejerce sobre ella y tiende a aplastarla. Teniendo en cuenta el grosor de la rueda (1 cm), el tamaño de la huella (285 centímetros cuadrados) y la densidad de la goma (1,2 kg/litro), tenemos que la masa de la zona de contacto es de 0.342 kg. Esta es la masa que, impulsada por la aceleración, tiene que aguantar el peso del coche.
Sabiendo que la fuerza es igual a la masa por la aceleración centrípeta, donde la fuerza es el peso del coche repartido entre cuatro ruedas (5.162,5 N), y que la aceleración centrípeta es igual al cuadrado de la velocidad entre el radio (en este caso de 22 cm), podemos encontrar la velocidad necesaria para que la aceleración de la rueda compense el peso del automóvil. 
Obtenemos que el coche tiene que ir a 58 m/s o, lo que es lo mismo, 209 km/h. Para nuestras ruedas, serían unas 2.520 revoluciones por minuto.
No parece tanto en términos de velocidad: mi primera impresión era una furgoneta moviéndose a velocidades súper sónicas, así también me he decepcionado al principio. 
Pero luego he encontrado este vídeo de un ruso circulando por la carretera con las cuatro ruedas pinchadas: 
Este coche debe estar moviéndose a… ¿Cuánto? ¿20 km/h? ¿30? No lo sé, pero va muy lento y parece que le cuesta mucho mantener el rumbo. O sea que, en nuestro escenario, este tío tendría que conseguir alcanzar los 209 km/h. Eso ya se acerca más a la situación absurda que esperaba.
Si el ruso del vídeo consiguiera poner el coche a 209 km/h sin matarse (y, dada su nacionalidad, muy probablemente sea capaz de hacerlo), las ruedas volverían a “hincharse” y el coche se estabilizaría, permitiéndole conducir sin percances. 
Eso sí, tendría que seguir conduciendo eternamente a esa velocidad, ya que frenar sería una posibilidad que quedaría fuera de su alcance.
En Ciencia de Sofá tenemos un último consejo mecánico para ti, Iván: siempre puedes comprarte estas ruedas y olvidarte para siempre del problema de los pinchazos.

¿Qué es un aerogel?

¿Qué pesa poco más que el aire, puede protegerte de una llama directa y en 2011 ostentaba 15 récords Guiness?

Este es el poder de los aerogeles, un material con una densidad tan extremadamente baja que a menudo es lo llaman “humo congelado”. Un metro cúbico de aerogel pesa 1.9 kg, frente a los 1.2 kg del mismo volumen de aire… O los 1.000 kg del agua.

Para fabricar estas maravillas sólidas, se usa un gel que con base de óxido de silicio y se seca todo el líquido que contiene, pero sin su estructura molecular. El resultado es el “esqueleto” del gel, un material compuesto en un 99.8% de aire que tiene unas propiedades notables.

Una de ellas, como ya hemos visto en el vídeo, es que los aerogeles son unos aislantes térmicos excelentes.

Pero, ¿Por qué? ¿Por qué aísla tan bien del calor si es casi todo aire? Si yo me pongo un soplete a dos centímetros de la cara, ¿por qué va a salvarme ese 0.2 % de silicio?

El secreto está en la superficie de contacto. Una mayor superficie de absorción redistribuye el calor de una manera mucho más efectiva porque proporciona una mayor superficie de intercambio térmico. De esto el aerogel entiende un rato: un cubo de aerogel del tamaño de un terrón de azúcar tiene un área interna igual a la de una cancha de baloncesto.

¿De dónde sale toda esa superficie? Espero ilustrarlo con este dibujo.

Un aerogel no es un sólido macizo: está compuesto por hebras microscópicas que se extienden en todas direcciones o se enrollan entre ellas. Por sí mismas no son gran cosa, pero en conjunto todas estas fibras finísimas maximizan la superficie que es capaz de extraerse de un volumen vacío.

Pero esto no acaba aquí porque, pese a su apariencia etérea y delicada, los aerogeles son capaces de soportar fuerzas compresivas hasta 4.000 veces superiores a su propio peso.

Dos gramos de aerogel aguantando un ladrillo de 2.5 kg. Crédito: wikimedia.

En cambio, presentan un comportamiento bastante frágil a flexión. En el siguiente vídeo un tipo lo demuestra rompiendo una placa de aerogel con el dedo en el minuto 1:13.

Pero no todos los aerogeles son de óxido de silicio.

La parte difícil es sintentizar el gel adecuado, pero una vez conseguido esto, casi cualquier cosa puede secarse para dejar sólo la estructura interna sólida. El problema con el resto, de momento, es que el proceso está aún prácticamente en fase experimental.

Existen, por ejemplo, aerogeles basados en el carbono que tienen mucha más superficie interna que los de óxido de silicio, y por tanto mejores propiedades térmicas y mecáncias. O el aerografito, basado en el grafeno, que mejora al máximo las propiedades de los aerogeles, para variar. Como nota a parte, el grafeno tiende a dejar en ridículo todo lo que conocemos, pero aún nadie lo ha visto utilizado a escala macroscópica. Hablaba de este material aquí.

Se está trabajando también en aerogeles metálicos, algo más pesados, que tienen unas propiedades eléctricas estupendas, otros aerogeles de selenio, de aluminio e incluso de una cosa llamada agar que se extrae de las algas. Con este último se hace algo llamado SEAgel.

El alga de donde la que se extrae el agar, en todo su esplendor.

Lo malo de los aerogeles es que, pese a nos ser cancerígenos, están formados por partículas tan finas que tienden a desprenderse del material y terminar alojadas en nuestros ojos, poros de la piel, boca, nariz, y por adición todo el sistema digestivo y los pulmones, lo que puede terminar en dificultades respiratorias e irritaciones en las zonas expuestas.

Como última curiosidad, los primeros aerogeles se usaron a bordo de “Stardust”, una misión de la NASA destinada a capturar partículas de polvo de la cola de un cometa en 2006. Estos son los paneles de aerogel que desplegaba la sonda en el espacio, de manera que los pequeños trozos de roca impactaban contra ellos y quedaban allí alojados para su posterior devolución a la Tierra.

Cuando terminó el experimento la NASA los vendió en e-bay como adornos para peluquería. Crédito: wikimedia.

¿Cómo se forma un agujero negro? ¿Podría el acelerador de partículas producir uno?

Gonzalo Hernández rescata del baúl de los recuerdos una duda que en su día preocupó a más de uno: ¿Podría producir un agujero negro el LHC, el acelerador de partículas más grande del mundo?

Así que vamos a ver primero en qué condiciones se forman los agujeros negros para ver si podría aparecer uno en el interior de nuestros aparatos más sofisticados.

Los agujeros negros aparecen del colapso final de estrellas que tienen, al menos, 20 veces la masa de nuestro propio sol. Pero, para ver cómo ocurre esto, tenemos que saber primero por qué brillan las estrellas.

El centro de una estrella es una explosión termonuclear constante. En todo momento, parejas de moléculas de hidrógeno se están fusionando entre sí para convertirse en helio, un elemento más pesado. La reacción libera una cantidad tremenda de energía… Bueno, la energía resultada es de tal magnitud que en la Tierra usamos la reacción para construir bombas H, las armas más devastadoras jamás creadas. En el siguiente vídeo, a partir del minuto 1:15, podemos ver un ejemplo.

O sea, que en el núcleo de una estrella se genera de manera constante una onda expansiva termonuclear descomunal.

Eh, eh, entonces, ¿Cómo puede una estrella tener forma de esfera si algo dentro está explotando? ¿No debería salir despedida en todas direcciones?
Seguir leyendo ¿Cómo se forma un agujero negro? ¿Podría el acelerador de partículas producir uno?

Respuestas III: ¿Se puede encender fuego usando sólo hielo?

Mario García Monterde (soltero, 23 años) pregunta si puede hacerse fuego con hielo, dándole forma de lente y usándolo como una lupa. Dice que lo vio en una película sobre osos asesinos.
Descompongamos el problema.
Objetivo: curvar los rayos solares para concentrarlos en un punto.

Problemas: 

Número 1. Debido a impurezas o aire disuelto, el hielo no se congela de manera uniforme. Cualquier imperfección o burbuja de aire en su interior va a desviar la luz en una dirección que no nos conviene.



Número 2. Hay que tener en cuenta que no todos los materiales transparentes desvían la luz en la misma medida. La magnitud que define esta propiedad se llama coeficiente de difracción, y determina el ángulo con el que rebota la luz que entra en la lente. Por ejemplo, el cristal tiene un coeficiente de entre 1.5 y 1.9, el diamante de 2.43, pero el hielo de sólo 1.32. Esto significa que le cuesta mucho desviar la luz, y que una lente de hielo de medidas similares a una de cristal se comportaría más o menos así:


Solución:

En primer lugar, procurar que el hielo tenga las mínimas imperfecciones posibles, lo que no es muy difícil si tienes un congelador, paciencia y una botella de agua.
En segundo lugar, para compensar el bajo coeficiente de difracción del hielo, aumentamos la curvatura de la lente

Vale, pero veo un problema- dijo Mario-, ¿la luz que pasa por la lente no va a fundir el hielo?

Nnnnno.
Cuando te dejas el coche al sol en pleno agosto (febrero, para los lectores del hemisferio sur) y tocas la carrocería de metal, puedes notar que la radiación solar le ha estado transmitiendo energía porque va a estar al rojo vivo. Básicamente, la luz impacta contra tu coche y, como no puede seguir su camino, le transfiere toda su energía en forma de calor. Y esto multiplicado por miles de millones de millones de fotones cada milésima de segundo.
En la misma situación del coche on fire, si te fijas, los cristales apenas están calientes. Al tratarse de un material transparente, la luz  lo atraviesa en lugar de chocar contra él, por lo que no transfiere energía al cristal y sigue su camino hasta llegar a la siguiente superficie opaca, que seguramente será tu volante o el lateral de la puerta donde te da por apoyar el brazo mientras conduces.
Es decir, que el hielo no se fundirá mientras el aire de su alrededor esté suficientemente frío como para mantenerlo congelado.
¿Puedes probar que todo esto es verdad y no te lo estás inventando?
Hay muchos ejemplos en internet de gente que ha probado esto y funciona, desde artículos en páginas de supervivencia  hasta vídeos en los que muestran el proceso y su resultado.
Aunque, de todas maneras, hay un atajo para para vagos: hacer fuego directamente desde el agua aprovechando la reactividad del sodio. Si tenemos por ahí algún trozo de sodio puro, a lo mejor podemos ahorrarnos la aburrida espera mientras el agua se congela.

Este método es rápido y efectivo, siempre y cuando estemos dispuestos a perder un brazo en el intento. Así que, Mario, suelta ese sodio y cómprate un mechero.

El camarón pistola o “Mantis Shrimp”

¿Quién pega los puñetazos más fuertes del mundo? ¿Mike Tyson? ¿Ronnie Coleman? ¿Jackie Chan? Pues no, los reparte esta gamba.

“Thu EnViidiiah alim3ntah m3 fOrtalezz4

¿Qué me estás contando? ¿Con qué puños? Bueno, proporcionalmente, claro. El camarón pistola es un crustáceo que pertenece a la familia de los estomatopodos (literalmente, “patas en el estómago”) que habita la gran barrea de coral, en Australia. Los buceadores los llaman algo por el estilo de “los rompepulgares” porque, además de ser muy agresivos y estar como cabras, la naturaleza los ha dotado de una fuerza desproporcionada.

El camarón pistola es capaz de romper desde caparazones de moluscos a cristales de pecera en la que estén contenidos. ¿Pero de dónde saca una gamba esa fuerza? El camarón aprovecha un fenómeno llamado cavitación, algo que en el mundo de la ingeniería naval intenta evitarse a toda costa. Consiste en lo siguiente Cuando algo se mueve muy rápido por el agua genera zonas de presión cambiante muy dispares que, técnicamente, forman miles de “burbujas” que implosionan sobre la superficie que está aplicando la fuerza sobre el agua. Exposiciones prolongadas a este fenómeno pueden tener consecuencias poco deseables…

Hélice de barco con desgaste por cavitación. Crédito: Eric Axdahl.

… MUY poco deseables.

Bomba centrífuga desgastada por cavitación. Crédito: Jean-Jacques Milan.

El arma secreta del camarón pistola, capaz de producir un efecto similar a pequeña escala, se encuentra en su abdomen: un brazo retráctil que actúa como un martillo y que carga como si fuera un muelle para acumular energía.

Crédito: jet.biologists.org.

La rodilla del apéndice de este animal, que en el dibujo corresponde a las “piezas” c y v, pliega con fuerza el mazo y lo deja en posición flexionada. Cuando al camarón se le va la olla y considera necesario agredir algo, desplaza la pieza v como si fuera un gatillo y libera la tensión acumulada, soltando su mazo con una aceleración de hasta 10.400 g.

¿Cómo que “g”? ¿Gramos?

No.

Un g (leído tal cual, “ge”) equivale a la fuerza con la que la gravedad de la Tierra tira de un objeto cualquiera, que son casi 10 metros por segundo cada segundo. En un coche acelera de 0 a 100 en tres o cuatro segundos, por ejemplo, el conductor experimenta una fuerza que le tira hacia atrás de 4 g o, lo que es lo mismo: cuatro veces su peso empujándole en dirección contraria. Los pilotos de caza soportan unos 9 g, lo que a la mayoría del resto de humanos nos dejaría inconscientes.

La muerte se produce, de media, a unos 25 g, aunque en 1945 un tal John Stapp demostró que, con el entrenamiento progresivo adecuado, puede superarse ese límite, llegando hasta los 46.2 g. Pero nuestro récord como especie no se acerca ni de lejos a los 10.400 g que produce el camarón mantis.

Con esa fuerza, moviendo el apéndice a 23 m/s, la fuerza del impacto es tan grande que genera burbujas de cavitación sobre la superficie de su presa, lo que amplifica el efecto del golpe. Si a todo esto le sumamos que el animal está realmente loco, obtenemos una máquina de matar a la que tanto le da atacar a peces globo, como romper caparazones de almeja o matar pulpos inocentes. Para rematarlo, sus globos oculares son tan sensibles que pueden ver en la franja infrarroja y ultravioleta. Además, las garras retráctiles le permiten esconderse en agujeros y atrapar peces que pasan cerca desprevenidos.

Ah, y cada ojo tiene tres pupilas.

Fuente: el bucle infinito de “tumblrs” imposible de seguir. Que alguien cierre tumblr ya.

¿Son peligrosas las tormentas solares?

Según la NASA, últimamente el sol está haciendo cosas que no se esperaban. Pero no compremos aún el kit de supervivencia. Calma.Se habla mucho de llamaradas solares que podrían desatar una tormenta geomagnética que devolvería a nuestra sociedad al siglo XVIII pero, ¿alguien se digna a decirnos qué son y si deberíamos preocuparnos?

Estos titulares no venden.

En primer lugar, el sol es una explosión termonuclear constante de un millón y medio de kilómetros de diámetro que representa el 99.86% de la masa de todo el sistema solar. No debería extrañarnos que, de tanto en tanto, haga cosas raras. De hecho, lleva haciendo cosas raras desde hace millones de años, con una media de un suceso perjudicial para nuestros sistemas eléctricos cada 500 años, según se puede deducir de los registros dejados por las tormentas geomagnéticas en las capas más profundas del hielo antártico. Pero, claro, de eso no teníamos que preocuparnos hasta hace poco.
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Especial Física (I)

Después de los especiales sobre química I y II, toca cambiar de campo. Los más tiquismiquis (los fisicos) argumentarán que desde el principio he titulado mal las entradas, porque la química no es más que física a nivel subatómico, pero me da igual porque su disciplina es matemáticas aplicadas.
Así que, LETS GO.
En primer lugar, ¿qué pasa cuando dejamos caer un muelle completamente estirado desde una altura cualquiera? El siguiente gif nos lo muestra, pasándolo a cámara lenta para verlo mejor.
Fuente: 1veritasium.
A efectos prácticos, podríamos decir que esto es magia y olvidarnos del tema.
Pero estamos aquí para explicar las cosas, y eso es una putada.

Todo muelle tiene una constante elástica, que no es más que la “fuerza” con la que es capaz de contraerse una vez estirado. Para hacernos una idea de esta constante, si sujetamos el muelle en el aire, éste se alargará más o menos por su propio peso, dependiendo de la capacidad que tenga de recuperar su forma inicial. Un muelle muy fuerte, como el de la suspensión de un coche, ni siquiera se alargará por su propio peso.
En el caso del gif, en el que usan uno de esos juguetes que bajaban por la escalera, el muelle se alarga hasta una posición de equilibrio, y es ahí donde empieza el percal.

Muelle sujeto por un sistema de hilos, porque dibujar 
una mano en una posición compleja con el Paint es exasperante.

En el estado 1, la vida es perfecta. Estamos aguantando el muelle y el peso, transmitido hasta la base, está compensado por la fuerza elástica que tira de la masa hacia arriba.
Pero, al soltar el muelle, en el estado 2, el extremo que teníamos sujeto se vuelve loco porque, de repente, ya no hay una mano que compense la tensión que estaba experimentando. Sin manera de contrarrestar esta fuerza hacia abajo, el extremo superior del muelle empieza a caer.
A la base del muelle todo esto se la trae floja (estado 3). Sigue notando una tensión que le tira de arriba, igual al peso que la intenta arrastrar hacia abajo, así que ni se inmuta. 
Cuando, al fin, en el estado 4, el extremo que está comprimiéndose alcanza la base, todo el tinglado se viene abajo. Pero no cae a causa del impacto o por la velocidad que ha alcanzado la sección contraída, si no porque, una vez comprimido, el muelle ya no es capaz de ejercer fuerza. Como no hay ninguna tensión vertical hacia arriba que compense el peso, la gravedad toma el control de todo el sistema y lo arrastra hacia abajo.
OTRO.
En el siguiente gif podemos ver una bala desmenuzándose contra un muro de hormigón, casi comportándose como un líquido más que como un sólido. La imagen está grabada a 1.000.000 de fotogramas por segundo.

Crédito: Werner Mehl. www.kurzzeit.com

Lo primero en lo que deberíamos fijarnos es cómo la bala va rotando sobre su eje a medida que se acerca al muro. Los cañones de las armas de fuego tienen unos pequeños surcos en su interior que fuerzan la rotación de la bala, porque eso le da mucha más estabilidad a la trayectoria.

Pero eso ya lo sabías gracias a las películas de 
James Bond, ¿O no? Sí, representa la perspectiva desde
el interior de un cañón.

Y, luego, lo obvio, que una bala a altas velocidades se comporta como un trozo de mantequilla al chocar contra algo más duro que ella.
Tampoco es algo muy difícil, teniendo en cuenta lo blando que es el material del que están hechas, el plomo, en comparación con otros metales. 
Los materiales duros, al impactar contra alguna cosa o romperse, tienden a resquebrajarse por las zonas más débiles y separarse en trozos mayores que salen o no volando, dependiendo de la fuerza aplicada, y ahí termina la historia. 
Un material tan blando como el plomo se comporta más como plastelina: en vez de fragmentarse, se deforma indefinidamente hasta que queda irreconocible.
El curioso que, pese a que la bala se “pela” hacia afuera a medida que choca contra la pared de hormigón, la parte trasera impacta sin apenas deformarse. Esto pasa por tres cosas:
1- La deformación del resto de la bala ha absorbido parte de la energía del impacto, por lo que no pega tan fuerte.
2- Mientras que la punta impacta directamente contra el muro, la parte trasera golpea los restos que aún no se han apartado de la trayectoria, más blandos, de la bala que sigue desintegrándose.

3- La superficie de contacto de la parte posterior es mayor, con lo que la fuerza del impacto se distribuye.

Y, nada, ya vamos por el último.

Haciendo pasar corriente eléctrica altera a través de una bobina de cobre, podemos generar un campo magnético. Y es entonces cuando podemos meter algún trozo de metal para ver cosas interesantes, como esta.

El efecto producido por la bobina es similar al de los imanes: el campo magnético generado alinea y retiene los átomos del metal en una dirección, más o menos siguiendo el patrón que muestra esta figura.

Fuente: hamradioschool.com
Al colocar en medio el cilindro metálico, el campo magnético actúa como una especie de flujo ascendente que empuja todas las partículas del objeto hacia arriba, contrarrestando el efecto de la gravedad, que tira hacia abajo.
Ya, pero si para levitar tengo que prenderme fuego, creo que paso.

Un objeto no tiene por qué calentarse al meterlo en un campo magnético. De hecho, la Tierra está generando un campo magnético a tu alrededor y tu pelo no está en llamas. También es verdad que el campo magnético terrestre es relativamente débil.
De todas maneras, lo que ocurre aquí es que los campos magnéticos, además de tener la capacidad de  calentar cosas, también pueden generar electricidad en el interior del objeto que está sometido a ellos
Los electrones de los átomos que componen el material empezarán a moverse, intentando seguir la dirección del campo magnético. Como vimos en la entrada sobre rayos, “electrones moviéndose” es un sinónimo de “corriente eléctrica”, y las corrientes eléctricas tienden a generar mucho calor a medida que pierden energía al moverse a través de un material que no sea muy buen conductor de la electricidad. 
Sometido a un campo magnético suficientemente potente, como el del gif, los electrones del metal se mueven de manera suficientemente caótica y rápida como para generar una fuerte corriente eléctrica, que a su vez calienta muchísimo el material. Además, el material caliente es aún peor conductor de la electricidad, por lo que se genera incluso una mayor cantidad de calor hasta que al señor al cargo del experimento le da por apagar el aparato y, sin nada que lo sostenga en el aire, el cilindro cae y se chafa contra la mesa, enfriándose rápidamente en forma de diarrea metálica.
Y esto es todo por hoy.
Por cierto, después de que algunos visitantes regulares de la página me comentaran que no podían dejar comentarios en las entradas sin hacerse una cuenta de Blogger, he trasteado con la configuración y ahora todo el mundo puede comentar anónimamente. Así que, venga, todo el mundo a decir barbaridades desde la sombras.