¿Qué es el Fuego de San Telmo?

A muchos de vosotros quizás ni os suene, pues casi ninguno lo hemos visto (yo al menos). Sin embargo, no deja de ser un hecho curioso de la ciencia y por eso he decidido crearle una entrada, a petición de Manuel.

El Fuego de San Telmo son unas descargas eléctricas que aparecen a veces en los mástiles de los barcos y el morro de los aviones, cuando atraviesan una tormenta eléctrica. Por lo que tengo entendido también pueden aparecer sobre picos de montaña, o incluso en las astas de las reses. A simple vista parece como si cayera un rayo (aunque la descarga es de bastante menor intensidad) de color blanco azulado. Este fenómeno no es nada nuevo, los marineros lo conocen desde la antigüedad, y fueron quienes le dieron ese nombre (San Telmo es el patrón de los marineros), ya que veían cómo sus mástiles parecían arder sin llegar a consumirse. Os pongo un fragmento de Moby Dick:

–¡Mire arriba! –dijo Starbuck de pronto–. ¡El fuego de San Telmo en lo alto del palo mayor!
En efecto, los brazos de las vergas estaban rodeados de un fuego lívido, y las triples agujas de los pararrayos lucían con tres lenguas de fuego. Los mástiles enteros parecían arder.

–¡Fuego de San Telmo, ten piedad de nosotros! –gritó Stubb.

Herman Melville, Moby Dick

Pero, ¿qué es lo que realmente ocurre?

Centrémonos en el caso de los aviones, por ejemplo. Al atravesar una tormenta, el avión está inmerso en medio de un campo eléctrico. Tanto las nubes, como el avión, tienen distinta carga, por lo que existirá entre ellos una diferencia de potencial. Cuando esa diferencia es muy alta, se produce la descarga sobre el morro del aparato, representada por el Fuego de San Telmo. Para que lo veáis con vuestros propios ojos, os dejo un vídeo de los mucho que hay por internet:



Así que ya sabéis, si alguna vez estáis en un vuelo y véis rayos azules cayendo sobre el aparato, no os asustéis y recordad a San Telmo!

PARA QUIEN QUIERA SABER MÁS:

Cuando el avión está en una tormenta, el aparato está inmerso en medio de un campo eléctrico. La diferencia de potencial entre la tormenta y el avión empieza a crecer. Para adoptar una postura de menor energía, la tormenta "querría" liberar la carga acumulada sobre el avión, pero el aire (no conductor) se lo impide. Sin embargo, llega un momento en que dicha diferencia de potencial alcanza la ruptura dieléctrica del aire, ionizándose. En la ionización, las moléculas del aire se separan de sus electrones creándose un estado parecido al plasma. Este plasma es conductor por lo que la tormenta por fin puede descargar su energía sobre el avión, en forma de descarga eléctrica (Fuego de San Telmo). A continuación, empezaría el proceso nuevamente...

¿Por qué se pueden romper las copas cantando?

Una noche, estábamos cenando en mi casa y mi amigo Víctor empezó a hacer sonar una copa de agua, mojando el borde y deslizando su dedo. En esto, comenzó a vibrar ligeramente y le pedí que parara porque la iba a romper. Él me preguntó por qué, a lo cual respondí: "Porque entra en resonancia". En esta entrada voy a explicar qué es la resonancia, por qué ocurre y cómo se puede evitar.

Seguro que muchos habréis visto alguna vez cómo una soprano rompe una copa de cristal sin más que cantar, o cómo la lavadora de tu casa "echa a andar" cuando llega al ciclo de centrifugado. La verdad es que la resonancia está en múltiples facetas de nuestra vida, y los ingenieros, conocedores del gran problema que supone, pasan bastantes horas ideando como evitarla. Pero... ¿qué es la resonancia?

Todas las cosas tienen una frecuencia (o varias), llamada frecuencia propia, natural o característica. Si se hace vibrar cualquier objeto a su frecuencia propia, la vibración se hace tan tan grande que llegaría a romperse. Se dice que ha entrado en resonancia. Esto es lo que ocurre con las copas. Las copas se rompen no tanto porque la soprano cante muy fuerte, sino porque es capaz de cantar a la frecuencia propia de la copa. Al cantar, el sonido que emite son ondas que poseen una frecuencia (cuanto más agudo, más alta). Al llegar el sonido a la copa, transmite esa frecuencia haciendo vibrar la copa. En el siguiente vídeo, se rompe una copa emitendo sonido con un ordenador y mostrando la freceuncia y amplitud de vibración en un osciloscopio.







Algo parecido ocurre con las lavadoras. Las actuales, ya han corregido ese problema, pero las antiguas, al llegar el centrifugado, el régimen de giro del tambor pasaba por la frecuencia propia, llegando a moverse. La solución casera era poner más peso encima. ¿Por qué? No se paraban porque pesaran más y les costara más moverse, sino porque al variar su masa se variaba la frecuencia propia sacándola del estado de resonancia.




Otro ejemplo típico que se pone siempre es la catástrofe del puente colgante de Tacoma Narrows, en el que el viento hizo que entrara en un modo de vibración que lo llevó a romperse. Sin embargo, a pesar de lo que se piensa, este puente no se rompió por entrar en resonancia, sino por algo conocido como flameo.



Para terminar un par de anécdotas:

- ¿Sabías que las tropas Nazis, antes de cruzar un punte, tocaban "rompan filas"? Era justamente para evitar que la frecuencia del paso de los soldados coincidiera con la frecuencia propia del puente y se derrumbara.

- Cuando quieres lanzar un satélite, Ariane o la NASA te piden específicamente que tu satélite no vibre a unas determinadas frecuencias. Esto es porque esas frecuencias se corresponden con las frecuencias propias del cohete, y tu satélite podría romperlo!!

Como habéis visto, la resonancia es un problema estructural bastante grave y más común de lo que a priori pudiéramos pensar.

PARA QUIEN QUIERA PROFUNDIZAR:

Todo estructura o aparato, posee una frecuencia (o varias), llamada frecuencia propia o característica (omega_0), que depende de su masa, su estructura, rigidez y distribución. Si se excitase dicha estructura a la citada frecuencia, la amplitud de la vibración crecería, debido a que absorbe la mayor energía posible, llegando a provocar el fallo estructural. Abajo dejo la gráfica correspondiente a un sistema de un grado de libertad excitado sin amortiguamiento (en condiciones ideales). Como se puede observar, cuando la frecuencia de excitación (omega) es igual a la frecuencia propia (omega_0), la respuesta se dispara a través de una asíntota. No he puesto la fórmula por no complicarlo más, pero lo que ocurre es que se anularía el denominador.
El flameo es un fenémeno aerolástico en el cual una estructura absorbe energía del fluido circundante, pudiendo llegar a ser incapaz de disiparla, ocasionando el fallo estructural.

¿Por qué titilan las estrellas?

Esta entrada responde a una pregunta planteada por Plopinto:

"Una pregunta para un posible artículo.

¿Por qué cuando vemos las luces de una ciudad, de noche, desde lejos, se las nota tililar? Es decir ¿por qué no se ven fijas sino q parece q oscila el brillo? "

En vez de centrarme en las luces de una ciudad, vamos a ampliarlo a algo un poco más bonito como puede ser el titilar de las estrellas.

Si miramos por la noche al cielo estrellado (algo muy difícil desde las grandes ciudades hoy en día), observaremos cómo, de todos los puntitos blancos que plagan el cielo, muchos de elllos parecen temblar, como si tiritasen. Sin embargo otros, permanecen fijos... Normalmente, son las estrellas las que titilan, mientras que los planetas (del Sistema Solar) permanecen quietos, sin inmutarse. Y eso, ¿por qué?

Echemos un vistazo a las distancias de cada cuerpo. Mientras el planeta más cercano (Venus) se encuentra en su punto más próximo a "tan sólo" 39 millones de km, la estrella más cerca (Alfa centauri) está a 40 billones de kilómetros (un millón de veces más lejos!!). ¿Eso qué implica? La principal consecuencia es que el haz de luz de las estrellas es muy muy débil. Tan débil que termina siendo un diminuto puntito, un rayito de luz. Por el contrario, los planetas, mucho más cercanos, poseen un haz de luz de mayor grosor, llegando a verse como un círculo.

Al llegar a la Tierra, ese débil rayito debe atravesar las diversas capas de la atmósfera. Sin embargo, debido a las variaciones de temperatura, corrientes de aire y movimiento de las distintas masas de aire que componen la atmósfera, varía el coeficiente de refracciónde la misma. Por eso, ese rayito, es dispersado provocando que no llegue a nosotros de manera contínua, sino que parece como si parpadeara. Por el contrario, los planetas, como su haz es mucho mayor, no se ve alterado tanto y lo percibimos de manera contínua.

La verdad es que la atmósfera causa verdaderos problemas a los astrónomos, por eso, ellos prefieren realizar las observaciones desde el espacio, por medio de los telescopios espaciales (como el Hubble, por ejemplo). ¿Eso significa que desde el espacio las estrellas no titilan? ¡Exacto! Tanto los astronautas, como los telescopios espaciales, al estar fuera de la atmósfera, ven las estrellas como puntos fijos, sin temblar.

Con las luces de las ciudades, ocurre algo parecido. Al estar alejados y ser ellas tan débiles (en su mayoría provienen de farolas, coches, ...) parecen parpadear, cuando en realidad no lo están.

Espero haber aclarado tu duda con esta entrada. Agradecer a Plopinto haber propuesto esta interesante pregunta y animar al resto a pregunta sin miedo, que así aprendemos todos algo!

¿Por qué las cebollas nos hacen llorar?

La eterna pregunta, ¿por qué las cebollas nos hacen llorar? En esta entrada responderemos a esta pregunta, averiguaremos quién es el culpable de tantas lágrimas y veremos algunos remedios caseros y su explicación. También, como viene siendo habitual, habrá tiempo para las curiosidades.

El tema es un poco complicado, así que a ver si consigo que no nos perdamos mucho. Para empezar, la cebolla contiene una molécula conocida comunmente como PRENCSO. Esta molécula a priori es inodora (no tiene olor), por eso la cebolla sólo huele mal después de cortarla. Al hacerlo, se rompen las células de la cebolla y se libera una encima llamada alinasa, que reacciona con la anterior molécula obteniéndose entre otras cosas una molécula llamada 1-ácido propenilsulfénico que es la que nos interesa y culpable del lagrimeo.

Esta molécula, reacciona con otra encima y pasa a estado gaseoso por lo que es capaz de propagarse por el aire y llegar a nuestros ojos. Una vez en nuestros ojos, reacciona con el agua que hay en ellos formando ácido sulfúrico. Así es, ¡¡¡se forma ácido en nuestros ojos!!! De ahí la sensación de picor. El ojo, que no es tonto, intenta deshacerse de este ácido, ¿cómo? Pues diluyéndolo. Para ello segrega agua en forma de lágrimas que baja la concentración del ácido y lo elimina. Ahora se entenderá por qué es contraproducente frotarnos con las manos cuando nos pica, ya que estaremos favoreciendo la llegada del gas y las moléculas perjudiciales.

Si preguntáis a las madres y abuelas, os contarán multitud de remedios caseros. Veamos su explicación:

- Congelar las cebollas: Al bajar la temperatura de la cebolla, lo que se consigue es ralentizar la reacción química de las encimas, impidiendo el anterior proceso.

- Cortarla bajo el grifo: Al cortarla bajo el agua, ésta va a reaccionar con la molécula antes de que llegue a tus ojos.

- Usar gafas...: Cualquier barrera física (gafas, alejarse las manos...) que dificulte que el gas llegue a nuestros ojos, disminuirá el picor.


Para terminar, ¿por qué huele mal la cebolla? Ya hemos dicho que sólo huele mal después de cortarla. La culpa de ese olor la tienen los compuestos sulfurados (los que tienen azufre, no es que estén enfadados, jeje), que le darían ese olor característico. Entre ellos, aparte del ácido sulfúrico anterior, estarían el dipropildisulfuro y el alilpropildisulfuro.

No quisiera finalizar sin dar especialemente las gracias a Paloma, de quien es la mayor parte del artículo, y a la revisión que han hecho Edu y Rebeca.



PARA QUIEN QUIERA PROFUNDIZAR:


En la entrada, y debido a lo aparatosos que son los nombres en química orgánica, no he profundizado mucho en las moléculas ni en las reacciones que intervienen. Por si alguien tiene interés, aquí dejo los compuestos exactos y las reacciones que tienen lugar durante todo el proceso.

Primeramente vendría la descomposición de la trans-(+)-s-(1-propenil)-cisteina-sulfoxido (conocida como PRENCSO) al reaccionar con la alinasa para dar amoniaco, ácido pirúvico y la 1-ácido propenilsulfénico. Ésta última reacciona con la encima LF sintasa, para formar la molécula en estado gaseoso propanotial – S óxido, que es la culpable de la irritación.

Esta molécula viajaría a través del aire, y al llegar a nuestros ojos, reacciona con el agua de nuestros ojos para dar ácido sulfúrico, ácido sulfhídrico y propanal. Finalmente, sería el ácido sulfúrico el que irritaría nuestros ojos produciendo picor.



Fuentes:

http://www.uv.es/jaguilar/curioso/cebollas.html
http://www.food-info.net/es/qa/qa-fp133.htm

¿Por qué no dejan que vuelen los aviones por el volcán?

En un comentario Paloma hacía la siguiente pregunta:

¿Por que no dejan volar a los aviones (aunque sea a alturas mas bajas) para evitar lo de la nube del volcán de Islandia?
¿Qué va a pasar con ese "humo-polvo"? ¿bajará alguna vez?

Como muchos os habréis enterado por las noticias, el tráfico aéreo está paralizado en media Europa debido a la erupción de un volcán situado en Islandia con un nombre impronunciable: Eyjafjallajokuel. ¿Y por que no pueden volar los aviones?

El problema está en que junto con los gases volcánicos, se expulsan también diminutas partículas, tan pequeñas que son indetectables por el weather radar (del que hablamos en una entrada pasada). Estas partículas, compuestas por silicatos, tendrían los siguientes efectos nocivos para el motor (adjunto un esquema de un motor a reacción para que no os perdáis):

El mayor problema ocurre cuando dichas partículas se funden debido a las altas temperaturas del motor, adhiriéndose a las paredes internas del mismo o a los álabes de la turbina. Esta pequeña masa adherida no sólo causa significativas vibraciones (la turbina está constantemente girando) sino que varía el paso de secciones críticas del motor (como puede ser el área de garganta) disminuyendo notablemente la eficiencia del mismo llegando a romperlo.

Por otro lado, no deja de ser un bombardeo de "piedrecitas" contra el motor. Este bombardeo se produce a más de 1000km/h, dañando el difusor (toma de entrada) y los álabes del compresor. Además, dañaría el fuselaje y los bordes de ataque de las alas.

Cuando ha pasado esto, lo que ocurrió fue que se pararon todos los motores. En estos casos se procede a un aterrizaje de emergencia, planeando hasta el aeropuerto más cercano (¡sí, los aviones planean!). En uno de ellos se consiguió reencender los motores, pero se aterrizó en cuanto se pudo. Esto, aparte de ser un riesgo para los pasajeros, es un gran costo para las compañías aéreas, que tuvieron que reemplazar los motores, que son la parte más cara del avión.

¿Por qué no se vuela a un nivel de vuelo menor? La verdad es que no lo sé muy bien. Supongo que las nubes se habrán dispuesto a diferentes alturas, y por lo que he leído en los periódicos, alguna de ellas está a 6000m, lo cual es bastante bajo. Lo que está claro es que si hay una nube a 6000m, no se podrá volar a una altura mayor ya que habría que atravesarla (bien en el despegue, bien en el aterrizaje) siendo esto un riesgo para la seguridad de la aeronave.

Respecto a cuando se dispersará la nube, la verdad es que los expertos no se ponen de acuerdo. Lo cierto es que a penas pueden predecir cuando van a terminar las erupciones, por lo que mucho menos el tiempo que permanecerán las partículas en suspensión. De hecho, por lo que he podido leer, si las partículas se establecieran a una altura superior a los 13000m, donde no hay lluvia alguna que limpie la atmósfera, podrían permanecer allí durante años. Aunque eso al tráfico aéreo no le causaría tantos problemas. Por otro lado se auguran nuevas erupciones, por lo que quizás, más que nunca, podríamos decir que el futuro es incierto.

¿Por qué los aviones soportan rayos?

Ayer me encontré con el siguiente titular:

"Un rayo impacta en el avión del Atlético en pleno vuelo"

Como buen colchonero al principio te preocupas un poco, sin embargo, como aeronáutico sabes que no hay ningún peligro. Por lo que, así es amigos!, los aviones soportan rayos. Pero, ¿cómo lo hacen?

La primera idea que se nos viene a la cabeza es poner un pararrayos que absorba dicha energía (el rayo). Pero para eso haría falta una toma de tierra, y además equipos de altísimo peso, cosa prohibitoria en esta industria.

La filosofía utilizada es no oponerse al rayo, ya que si te enfrentas a él, llevas todas las de perder. Hay que evitar ante todo que el rayo atraviese la cabina, llevándose por delante a algún pasajero. De esta manera lo que se intenta es que el rayo bordee el avión a través de su fuselaje. Esto se consigue dejando que sea el propio rayo el que encuentre el camino más fácil (de menor resistencia) a través de las cuadernas del fuselaje aislando el interior de cualquier carga. Este efecto es conocido como Jaula de Faraday. Normalmente (como se ve en la foto) el rayo suele entrar por el morro (donde se sitúan las antenas y equipos electrónicos), bordea la cabina y termina saliendo por cola a través de los descargadores de electricidad estática (normalmente utilizados para quitar dicha electricidad antes del aterrizaje).

Como curiosidad deciros que uno de los problemas por los que se está retrasando el futuro avión de Boeing (Boeing 787 "Dreamliner") tiene que ver con esto. Los chicos de Boeing decidieron fabricar el fuselaje entero de materiales compuestos (que no son metálicos), y que en caso de impactar un rayo, no lo conduciría por su exterior, sino que directamente atravesaría la cabina de pasajeros. Solución: recubrirlo de una maya metálica.

Otra curiosidad, y para que veáis cómo en la industria aeroespacial se piensa en todo y se hacen los vehículos más seguros del mundo, es el caso del Apollo XII. Previamente, el Apollo XI había conseguido llevar al primer hombre a la Luna, y se suponía que este vuelo iba a ser más rutinario sin embargo pudo acabar en una gran catástrofe. Durante su lanzamiento, el cohete Saturno (que transportaba la nave Apollo) fue alcanzado por un rayo (concretamente generó su propio rayo debido a la fricción con el aire). Inmediatamente saltaron todas las alarmas principales abordo y nadie en Houston sabía qué había pasado. Todos los sistemas electrónicos se volvieron locos, no tenían suministro eléctrico y la nave carecía de sistema de vuelo ni navegación: literalmente estaban volando a ciegas. Fue un joven ingeniero (John Aaron) quien propuso a mando de vuelo ejecutar un comando desconocida por casi todos. Era tan desconocido que el comandante abordo al escuchar la orden dijo: "What the hell is that?" Afortunadamente, el novato astronauta Alan Bean sabía donde estaba el interruptor. Dicho comando era SCE to Aux, que hacía que se ejecutara el Signal Conditioning Equipment (SCE) en modo auxiliar pudiendo funcionar con los míseros 24 voltios que disponían.

Aquí os dejo un vídeo de la serie "From the Earth to the Moon" donde se narra este angustiante momento.

Como habéis visto, los aviones son el medio de transporte más seguro del mundo y están hechos a prueba de todo: llegando hasta el punto de que ni un rayo lo tumba. Por cierto, se calcula que todo avión es alcanzado por un rayo cada 1000h de vuelo!

¿Por qué hace frío cuando salimos de la ducha?

Haga frío o haga calor, estemos en verano o en invierno, la realidad es que cuando salimos del agua hace frío. Podemos estar en la playa a 40º, que cuando salgamos del agua, tendremos frío. ¿Y eso por qué?

Esta claro que la única diferencia es que estamos mojados, por lo que algo tendrá que ver el agua. Pero... ¿por qué por estar mojados pasamos frío? Como muchos sabéis, el agua se evapora a "cualquier temperatura". Sólo hay que ver cómo un charco de agua de la calle desaparece al día siguiente. Y no es porque haya 100º C ni mucho menos (¡eso sería hervir!), sino porque el agua coge el calor del ambiente y obtiene la suficiente energía como para evaporarse.

Pues lo mismo pasa cuando salimos de la ducha. Las gotas de agua sobre nuestro cuerpo intentan evaporarse, y ¿de donde sacan la energía? Pues de nosotros. Nuestro cuerpo está constantemente emitiendo calor, y las gotas de agua nos roban ese calor, produciéndonos sensación de frío. Por eso, al secarnos, desaparece el frío. Al quitarnos el agua de nuestro cuerpo ya no hay ninguna gota que nos robe calor y volvemos a estar tan "agusticos" a nuestra temperatura.