Preguntas y respuestas de física y ciencia

Las mejores que habéis enviado los lectores, con las contestaciones de los expertos de QUO

 

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¿A qué altura se apaga un fuego?

Nunca debería lanzarse la carga de agua por debajo de 50 pies, lo que equivale a unos 15 metros. No es buena idea que el piloto suelte el agua muy cerca del terreno porque de esa manera no se moja toda la superficie, con lo que se generan pequeños focos secundarios. Estos focos son más difíciles de atajar, así que la maniobra complicaría la labor. Otro aspecto en el que influye la altura desde la que se ataca el incendio es la velocidad horizontal del líquido.
Es importante que la carga tenga tiempo de frenar en el aire y que caiga sin el impulso que hereda de la avioneta. Si no, moja el material ardiente solo por una cara, algo insuficiente. Estas pautas son bastante claras, pero llevarlas a cabo no es fácil; volar sobre el fuego es particularmente difícil. Entre otras cosas, el calor provoca corrientes de aire ascendentes que pueden empujar los aviones hacia arriba justo al librarse de su carga, cuando el manejo del aparato es más delicado.

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¿Cuándo despierta la consciencia?

Conocer las intimidades de la consciencia es el santo grial de las neurociencias, pero  hay más preguntas que respuestas. Según una investigación de Sid Koudier publicada el año pasado en la revista Science, los niños comienzan a dar muestras de consciencia a los cinco meses, y es posible que a los dos ya comiencen a desarrollarla. Basa esta conclusión en las observaciones que hizo su equipo de los impulsos eléctricos del cerebro. En un adulto, la percepción de un estímulo revela un impulso en una zona concreta que rápidamente se mueve a otra localización, que es donde se hace consciente para que la persona tome sus decisiones. En los experimentos de Koudier, los cerebros de niños de dos años muestran un proceso equivalente al de los adultos, y los de cinco meses una versión parecida, pero más débil. Estudios anteriores apuntan a que la consciencia de uno mismo se desarrolla sobre el año y medio. En un experimento, los niños de un año a quienes se había puesto una pegatina en la frente, colocados ante un espejo, pensaban que era otro bebé. A los dos años, se ponían la mano en la frente inmediatamente.

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¿Es verdad que el cambio climático cambiará la fuerza de la gravedad?

La gravedad depende de la masa: a más masa, mayor gravedad. Pero puede variar de un punto a otro del mismo objeto. En el caso de la Tierra, es imperceptiblemente superior donde hay montañas y fosas oceánicas. Si el cambio climático varía la fisonomía de la Tierra, puede alterar su gravedad. De hecho, los científicos ya han medido un leve descenso en la Antártida, y lo atribuyen directamente al deshielo de los polos. Cuando se descongela el hielo polar, la gran masa de agua concentrada en él se reparte por los océanos. En concreto, la Antártida ha perdido 125 kilómetros cúbicos de hielo al año solamente entre 2011 y 2014.

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¿De verdad se puede hacer fuego partiendo del agua?

Es algo que están probando en la Estación Espacial Internacional. Someten el agua a una presión de 217 atmósferas y a más de 373°C, que es cuando se convierte en una especie de gas líquido. Al juntarla con materia orgánica, hay combustión, aunque no llamas.

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¿Es verdad que estamos expuestos a una radiactividad natural en la Tierra?

Sí. De hecho, el Consejo de Seguridad Nuclear español dice que la exposición de los seres humanos “a las fuentes naturales de radiación es una característica continua e inevitable de la vida en la Tierra”. Y añade que, para la mayor parte de las personas, “esta exposición excede a todas las debidas a fuentes artificiales combinadas”, o sea a las de máquinas y centrales nucleares, por ejemplo. Esas radiaciones naturales proceden “de las partículas de alta energía de los rayos cósmicos que inciden en la atmósfera terrestre y los radionucleidos de la corteza terrestre presentes en todo el medio ambiente, incluyendo el propio cuerpo humano”, aclaran. Los radionucleidos son elementos químicos con configuración inestable que, al desintegrarse, producen radiaciones de rayos alfa o beta, y de rayos X o gamma, dependiendo del proceso.

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¿Es verdad que Newton también ‘descubrió’ los colores?

Sí. Fue el primero que se dio cuenta de que los objetos opacos absorben una parte de la luz y reflejan otras. Aunque, precisamente, el científico inglés que describió la Teoría de la Gravitación Universal comenzó sus experimentos con prismas donde se fijó en cómo se descomponía la luz al pasar a través de ellos. También el arco iris fue su inspiración, y así describió su espectro de siete colores. Isaac Newton no alcanzó a tanto, pero en su obra Opticks sentó las bases para lo que hoy se sabe: que la luz está compuesta por ondas electromagnéticas y que nuestros ojos reaccionan a su incidencia. Y según la longitud de esa onda, percibimos un tono u otro.

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¿Los aviones también podrían usar biocombustibles?

Parece que sí, y de hecho ya los está probando la NASA. El que más futuro podría tener es un combustible alternativo a base de ésteres y ácidos grasos, elaborado a partir de biomasa vegetal. El Centro Langley de Investigación, en Virginia, ha modificado los cuatro reactores de varios aviones comerciales DC-8 antiguos para convertirlos en motores híbridos. Del modo que se han rediseñado, el piloto puede elegir en vuelo, mediante conmutadores, qué proporción quiere utilizar de cada combustible –el otro es el llamado JP-8, un queroseno enriquecido habitual en aviación comercial–, ya que los motores pueden trabajar con una mezcla de ambos. El objetivo es probar si este compuesto logra desarrollar la misma potencia, pero también se están recogiendo datos sobre emisiones de gases y sobre las estelas de condensación que deja el aparato a ciertas altitudes. Para estudiar esas emisiones directamente, se están realizando vuelos del DC-8 en los que le sigue otro avión a modo de laboratorio volador. Detrás del modelo modificado vuela siempre un Falcon equipado con 20 sensores diferentes para recoger todo tipo de muestras y realizar mediciones. Ambos aparatos han llevado a cabo viajes a altitud de crucero y otros a pocos centenares de metros de tierra. Aún no hay resultados oficiales, pero parece que las emisiones de residuos pueden ser un 30% menores.

 

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¿A qué llaman el ‘centro vélico’ los windsurfistas?

Se trata del punto de la vela donde se concentra toda la acción del viento. En realidad, es un término que vale para cualquier disciplina de navegación a vela. Para alguien que está practicando el windsurf es fundamental detectar dónde está ese centro vélico, porque de ello depende el dominio de la tabla. De hecho, se trata de un punto que varía por momentos, ya que la intensidad y la dirección del viento pueden cambiar en cuestión de segundos; aparte de que el propio windsurfista va moviéndose y cambiando de postura la vela. Otro factor que dificulta el dominio de la fuerza de impacto del aire reside en que la vela no es un plano perfecto, sino que tiene rugosidades, está mojada frecuentemente y además es flexible. Los navegantes distinguen tres tipos de vientos: el de marcha, el real y el aparente. El de marcha es el de la velocidad que lleva el barco (o la tabla), y es el que provoca la propia nave al avanzar. Este viento siempre es de dirección contraria al rumbo y de una intensidad igual a la velocidad. El viento real, por su lado, es el que hay de modo natural, el que notamos cuando la embarcación está parada. Y el resultado de combinar ambos es el que llaman viento aparente. Si el viento real viene de popa (detrás), coincide en dirección con el de marcha; entonces el viento aparente es la suma de ambos. Pero si el real sopla desde la proa (delante), resta fuerza al que produce la marcha del barco o tabla de surf.

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¿La altitud de un avión se mide con respecto al suelo o al nivel del mar?

Se mide con respecto al nivel del mar. En realidad, lo que se hace es medir la presión atmosférica y deducir después cuál es la altitud. Los altímetros, los instrumentos que utilizan las aeronaves, funcionan por comparación de la presión atmosférica que hay fuera del avión con respecto a la que hay al nivel del mar. Se aplica una regla matemática: se sabe que la presión decrece 110 milibares por cada 1.000 metros. Así que se mide cuántos milibares hay en el exterior del aparato y se calcula cuántos pies hay hasta el mar, donde, por convención, se habla de una presión de 1.013 milibares. Un altímetro está compuesto por un cilindro de cobre hermético (aneroide) en cuyo interior hay una presión constante. Al recibir la presión atmosférica de la altura a la que viaja el aparato, las paredes de ese cilindro se contraen o se dilatan más o menos, y hacen moverse la aguja del indicador. Otra cosa que ocurre en un avión es que dentro hay que simular una altitud que haga la atmósfera respirable. En concreto, se presuriza la cabina como si se estuviera a 1.800 m.

 

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¿El aliento a alcohol podría hacer fuego?

No tanto. Hay que tener en cuenta que una persona que la medicina considera ebria tiene una proporción de 0,08 mililitros de alcohol en el aliento, y eso mezclado con otros líquidos corporales, como la saliva, que aplacan la inflamabilidad del alcohol. Además, la capacidad de crear llamas de los licores, por ejemplo, es menor que la de los alcoholes de quemar o industriales. Los escupidores de fuego utilizan parafina, que es un hidrocarburo.

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¿De verdad los plátanos son radiactivos?

Una unidad de medida popular que se utiliza para comprender fácilmente cómo es de radiactivo un combustible, un objeto, una porción de tierra... es el plátano, sí. Como tantos otros alimentos (nueces, judías, pasas...), es radiactivo porque contiene un 0,0117% de potasio, o sea, un cantidad tan insignificante que no es nociva para la salud. Y no por eso dejamos de comer esta fruta, ya que el potasio es el tercer metal más frecuente en nuestro cuerpo. Este modo tan casero de medir la radiactividad ha sido difundido por los defensores de la energía atómica o nuclear. Los plátanos, la cerámica y la arena para gatos forman parte de los “materiales radiactivos legítimos” que se dejan pasar por las aduanas.

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¿Qué pasa con el sonido después de que lo oigamos?

Muchas cosas, después de las cuales se disipa en forma de calor o de presión. Para empezar, la onda de sonido (energía acústica) se propaga por el aire haciéndolo vibrar, hasta que esa vibración llega a nuestros oídos. Allí, los huesos del oído interno la “interpretan” para el cerebro. Pero seguramente esa onda sigue propagánsose por el resto de nuestro cuerpo y se disipa por rozamiento. Esa es solo una de las ondas, porque una misma fuente provoca varias que pueden no llegarnos y seguir “circulando”.

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¿De qué material son los discos de las sierras para cortar metal?

Son de tungsteno, o wolframio, que es su otro nombre. Se utiliza para cortar metal porque es muy duro y porque –como ves en la foto– el rozamiento al cortar acero, hierro..., produce altísimas temperaturas; y el tungsteno es el que tiene el punto de fusión más alto de todos los metales. Así que es difícil que se deshaga o deforme durante una operación industrial de este tipo. Otra virtud es su punto de ebullición, que es el mayor de todos los materiales que se conocen. Esa resistencia a derretirse lo ha convertido en un material que, aunque es escaso en la Tierra –aparece en forma de sales combinado con otros elementos–, tiene muchos usos; como por ejemplo, la fabricación de filamentos de bombillas y lámparas. La discusión sobre su nombre sigue en el seno de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC, en inglés), que recomienda utilizar el término “tungsteno”, contra el criterio de los químicos españoles.

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¿Todos los hielos están igual de fríos?

Te sorprenderá saber que no solo el hielo que conoces puede tener temperaturas diferentes, sino que actualmente se conocen quince tipos de hielo distintos, a cada cuál más extravagante. Algunos alcanzan los 80 o los 100 grados centígrados sin fundirse cuando se les aplica una presión altísima. Otros bajan hasta 160 grados bajo el punto de congelación del agua. El hielo común, conocido como hielo Ih,  se forma por debajo de los cero grados centígrados. Los cubitos de hielo con los que refrescas tus bebidas llegan a estar alrededor de los 20 grados bajo cero. El hielo de los glaciares puede alcanzar los 44 grados bajo cero, mientras que el permafrost, que es cualquier capa de la superficie terrestre que lleva helada más de 2 años, llega hasta los 5 bajo cero. En un glaciar, la temperatura del hielo puede variar entre 4 y 44 grados bajo cero.

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¿Es cierto que parte de las interferencias de la tele son radiaciones del Big Bang?

Parte, pero pequeña. Las teles actuales tienen un sistema que, cuando se detecta ruido sin señal (no hay emisión en ese canal) deja la pantalla en blanco y muda. Pero antes se veía un patrón de manchas blancas y negras, como una sopa de partículas, que era el ruido que se recibía en esa frecuencia. La banda de las señales televisivas va de los 30 MHz del VHF a los 3 GHz del UHF. En esa región hay ruido parásito propagado en la atmósfera de múltiples fuentes. Pero también señales extraterrestres, sobre todo del Sol, y las nubes de hidrógeno molecular de nuestra galaxia. Una pequeña parte también responde a la radiación cósmica de fondo, la primera luz del universo, aunque gran parte de esta luz se emite en frecuencias más altas, en la región de las microondas.

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¿Cómo es que hay freidoras que mezclan agua y aceite? ¿Este no salta?

No, porque el agua está atrapada entre el aceite (arriba) y el fondo de la cubeta. En cambio, cuando freímos algo en un recipiente que solamente contiene aceite y salpicamos con agua, esta hierve inmediatamente y es libre de salir por arriba. “Pero en el caso de las freidoras de este tipo, el agua está desde el principio debajo del aceite porque es más densa”, cuenta a Quo un ingeniero del fabricante Movilfrit. ¿Y para qué sirve el agua? En cualquier freidora los restos de fritura van hacia el fondo, y en este caso es igual, con la ventaja de que estos pasan al agua y así no manchan el aceite. O sea, actúa como filtro. Es un invento de hace décadas.

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¿Cada gota de agua que se evapora ha hervido previamente?

No. La evaporación del agua depende de la temperatura ambiente, de la humedad relativa del aire y de la diferencia de presión existente entre el agua y el aire en ese lugar. En el proceso de evaporación, unas moléculas de agua adquieren energía suficiente como para escapar de la atracción de otras y así pasar a la atmósfera como vapor de agua. Una temperatura más alta siempre ayuda.

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¿De verdad se mueve el Polo Norte?

El magnético, sí. La razón está en el comportamiento caótico de la región del núcleo líquido que tiene la Tierra en torno a la zona central metálica, que genera precisamente el campo magnético terrestre por un mecanismo de dinamo. Los modelos muestran que existen turbulencias que provocan estos cambios y que, como prueban los datos geológicos, han producido también inversiones de polaridad e incluso momentos en los que el campo magnético terrestre ha desaparecido. El polo norte magnético se localizó en 1831, y desde entonces se observó que se movía hacia el norte unos cientos de metros cada año, pero en los últimos 25 años este ritmo ha aumentado a casi 40 km por año.

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¿Se puede distinguir si una luz es artificial o natural?

Sí, a veces. Pero, ¿qué es una luz natural?, porque la hay de muchos tipos. Muchas veces es una emisión térmica, y la luz tiene un color (una “distribución espectral”, o sea, cuánta luz se emite en cada frecuencia) característico. Otras veces son transiciones atómicas que emiten en ciertas frecuencias. Y todo ello de forma natural. Pero cuando creamos una luz artificial podemos fijar unas frecuencias (como en un led, o en un fluorescente) que proporcionen un espectro concreto y diferente del de los procesos naturales. También podemos hacer variaciones en la distribución temporal de esa emisión, de modo que se distinga de un proceso natural. Por ejemplo, hacer que parpadee la luz con un mensaje codificado en 1 (luz) y 0 (apagado). O sea que, en general, analizando la distribución espacial, temporal y en frecuencias de una luz sí podemos saber si es natural o no.

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¿Por qué nos quedamos pegados a las cosas que están congeladas?

Porque la imperceptible capa de agua o vapor que siempre recubre nuestra piel se hiela al contacto con el hielo (o con la fina capa helada de otro objeto helado). Si ponemos el simple ejemplo de un hielo sacado del congelador, el prinicipio físico (o químico, según se vea) se entiende muy bien. El cubito suele estar a unos 18ºC bajo cero y procede de un ambiente muy seco, donde no hay agua en suspensión porque no hay lugar a evaporaciones. En cambio, nuestra piel está a unos 37ºC y, aunque no lo percibamos, tiene restos de vapor de agua procedentes del sudor y de la humedad ambiental.
Cuando tocamos el hielo, se produce un intercambio de temperatura. Y aquí la temperatura ambiente es decisiva para que nos quedemos pegados o no. Si tocamos el hielo en la calle a, pongamos, 3ºC, nuestro cuerpo no podrá emitir el suficiente calor para derretir el hielo que toca y nos quedaremos pegados. Pero si tocamos ese mismo hielo en casa, a unos 25ºC, quizá nos quedemos pegados 2 segundos hasta que nuestro propio calor y el del aire ayuden a convertir el témpano en un charco.

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¿De verdad los neutrinos permitirán viajar en el tiempo?

No. La confusión o exageración viene de que hace unos meses, en el experimento OPERA, se mandaban neutrinos desde el CERN (Ginebra) a un detector bajo las montañas del Grand Sasso, en Italia. Los análisis de los físicos mostraban que los neutrinos viajaban a una velocidad mayor que la de la luz. Este “imposible” dentro del marco teórico de la física (teorías que se han comprobado con una precisión de más de 12 decimales, no meras especulaciones) abría la posibilidad del viaje superlumínico, que, en un marco de la relatividad, puede interpretarse como un viaje en el tiempo. Pero, a diferencia de la relatividad y la mecánica cuántica, que se hallan perfectamente experimentadas y son correctas, esto es simplemente una especulación.

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¿Qué es una puerta de ruido?

Es un filtro que evita que se cuelen sonidos que no queremos. Por ejemplo, si estamos hablando por el móvil en medio de la calle, lo único que le interesa al interlocutor es nuestra voz, no los coches ni un músico callejero. Así que nuestro teléfono no “envía” a la otra persona más que las señales de más volumen; en este caso, nuestra voz, porque está más cerca. Este sistema se inventó para las grabaciones de discos, para evitar que en una sala con un micrófono, por ejemplo, para una guitarra y otro para la batería se mezclara todo.

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¿Qué es exactamente un algoritmo?

Si lo llamáramos receta, o libro de instrucciones, nos parecería menos extraña esa idea que rinde homenaje a un matemático persa del siglo VIII llamado Abu Abdallah Muhammad ibn Musa al-Jwarizmi, conocido como Al-Juarizmi. Pero viene a ser lo mismo: un conjunto de procedimientos por los cuales conseguimos resolver un problema. Es una lista de operaciones para alcanzar un resultado.

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¿Existe también una velocidad mínima de la luz?

Podríamos decir que tenemos la “luz parada”. En 1999 se iniciaron estudios de cómo un láser se frenaba al viajar en un conglomerado denso de átomos a muy baja temperatura y con grandes campos magnéticos. Se anunció entonces que se había conseguido bajar la velocidad de la luz de los casi 300.000 km/s en el vacío a solo 60 km/h usando un condensado de sodio. Pero en 2001, en Harvard, usando átomos de rubidio y láseres especiales, consiguieron parar por completo la luz, y luego volver a acelerarla.

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¿Quién golpea más fuerte, un karateka o un boxeador?

Sin duda, ambos podrían darnos una buena paliza, pero al karateka le costaría mucho menos esfuerzo, porque su técnica es mejor. La desventaja del boxeador es que envía su fuerza a una superficie de impacto más grande en el oponente, porque lo hace con el puño (y con un guante). El karateka, en cambio, da un gran impulso a un área concreta del cuerpo de su adversario, con el canto de la mano o el empeine del pie. Un buen golpe de este tipo (en competición solamente se “marca”) es capaz de romper huesos y tejidos. La penetración en el cuerpo es de 1 cm, de media. Y otra virtud cuyo secreto está en la física: aunque el impulso fuera el mismo en un karateka que en un boxeador, el primero logra imprimir más fuerza porque su impacto es más rápido. Es decir, la concentra en menos tiempo. En cambio, un boxeador digamos que “empuja” con su puño, y tarda más en descargar. En demostraciones de partir bloques (como en la foto), a veces hay truco. Los rompimientos reales se realizan con tablones de unos 30 x 30 centímetros que tengan, al menos, otros 2,5 cm de grosor y que estén sostenidos por una o dos personas. En cambio, en estas demostraciones se utilizan tejas, baldosas o ladrillos que sean de materiales menos resistentes.

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