la frase del mes

"La física es como el sexo. Seguro que tiene una utilidad práctica, pero no es por eso que lo hacemos" Richard Feynman

El sudor de las botellas

|

Nuestra imaginación se nos anticipa. Uno se muere de sed y reproduce mentalmente esa refrescante "botella de" que poco tiempo después apura en un par de tragos. Escogemos la bebida, la que nos gusta, la que nos apetece; moldeamos su recipiente quizá de una forma más imprecisa, qué más da esto último, no nos interesan los detalles... pero, eso sí, casi desde un principio e inconscientemente le exigimos a nuestra bebida ideal un requisito indispensable: que la superficie de aquello que le sirve de continente se halle húmeda, perlada, como garantía de frescor.

El Principio Cero de la Termodinámica es de perogrullo: cuando dos cuerpos de diferente temperatura se ponen en contacto, los dos acaban a la misma temperatura pasado un tiempo. Es lo que sucede, por ejemplo, con los cubitos de hielo en un vaso de agua. En contacto, los cubitos se deshacen y el agua se refresca. Tanto cubitos como agua han variado su temperatura con respecto al estado inicial: el agua se enfría, los cubitos se calientan. También puede suceder que dos sistemas en contacto alcancen la misma temperatura sin que la de uno de ellos varíe. Si un día caluroso dejamos un vaso de agua fría a la intemperie, se calienta hasta alcanzar la temperatura ambiente, pero la atmósfera no experimenta cambio alguno en su temperatura, como lo hacen los cubitos de hielo.

El mecanismo del que se sirve la naturaleza para que dos o más cuerpos a diferente temperatura puestos en contacto alcancen el mismo valor de la temperatura -lo que se llama estado de equilibrio térmico- es el calor. El calor es energía en tránsito, si se quiere, "temperatura en movimiento". Por eso carece de sentido afirmar que un cuerpo tiene calor, pues el calor no es algo estático. Entonces, si ponemos en contacto un cuerpo de temperatura A con otro de temperatura menor B, se produce una cesión de energía por parte del cuerpo A al B mediante el mecanismo de calor. La energía cedida se traduce en decremento de la temperatura para el objeto que cede y en incremento de temperatura para el objeto que recibe. Cuando se igualan, el tránsito, el calor, cesa. Una analogía muy clarificadora es la de los vasos comunicantes.


Cada vaso representa un objeto; el nivel del agua en cada uno de ellos, su temperatura; el conducto que los une simboliza que están en contacto. ¿Qué sucede? El agua pasa del recipiente A al B hasta que sus niveles se igualan. El agua a través del conducto significa energía en tránsito, calor. Este flujo equilibra los niveles de agua en cada recipiente; equilibra la temperatura de los cuerpos puestos en contacto. En la situación final, los dos vasos contienen agua al mismo nivel, es decir, están a la misma temperatura. El flujo de agua cesa; el flujo energético, el calor, desaparece. De modo que una botella de cerveza sacada de la nevera y puesta sobre la mesa un día de verano intercambia energía con el medio en virtud de su diferencia de temperatura. El medio, a una temperatura sofocante, cede energía a la botella mediante el mecanismo de calor descrito, por lo que la botella aumenta su temperatura. En este caso, no obstante, el medio permanece a temperatura constante. Es como si en el dibujo anterior conectáramos el vaso B... ¡a un vaso infinito!: pasaría agua del vaso infinito al vaso B hasta que quedara a su nivel, pero el nivel del primero permanecería invariable.*

El efecto del descenso de temperatura sobre el aire circundante a la botella de cerveza fresca tiene un efecto inmediato sobre su capacidad de almacenar el vapor de agua que, como sabemos, puede contener el aire... aquello de la humedad del aire, ¿n0?.

Quienes desayunamos leche sabemos que un tazón de colacao/nesquik se chocolatea más si se sirve caliente que si se sirve fría. También nos hemos fijado en que el polvo de cacao y al azúcar se deposita en el fondo en más cantidad en un vaso de leche fría que en uno de leche caliente. Cuanto más caliente está la leche, más cucharadas de colacao/nesquik admite, se pueden disolver en ella, sin que deposite. Esto es debido a la distancia entre las moléculas, que en estas condiciones depende de la temperatura a la que se encuentre el líquido del que forman parte: cuanto mayor sea su temperatura, mayor es la distancia entre sus moléculas constituyentes, lo cual ocasiona que entre ellas pueda ser albergado un mayor número de partículas de cacao en suspensión.

Con el aire y el vapor de agua que contiene sucede algo similar. Cuanto mayor es su temperatura, mayor es el valor máximo de vapor de agua que admite en suspensión. Si la temperatura disminuye, dicho valor disminuye y, como en la leche fría con el cacao, menos vapor de agua admite. Cuando esto sucede en el caso de la leche, en el fondo del vaso se depositan gránulos de azúcar y cacao; en el caso del aire, el agua en estado de vapor condensa y se vuelve líquida, es la forma de deshacerse del agua excedente. Ahora bien, es necesaria una superficie sobre la que condensar dicho excedente.

En el ejemplo que estamos tratando, la botella aporta la superficie. Repasemos:

La botella se encuentra más fría que el medio en el que se encuentra embebida -el aire del comedor sobre cuya mesa la hemos dejado-, por eso el aire le cede energía mediante el mecanismo de calor hasta que sus temperaturas se igualan. Si bien la temperatura de la habitación no varía notablemente por la presencia de la botella, sí lo hace sustancialmente la temperatura del volumen de aire que rodea inmediatamente la botella. Como su temperatura disminuye, su capacidad de contener vapor de agua también; de modo que por el hecho de estar en contacto directo con las paredes de la botella, a esta masa de aire "le cabe" menos agua en forma de vapor... la que sobra, la condensa sobre las paredes de la botella: son las gotitas de agua que perlan su superficie y le confieren ese aspecto tan apatecible.

Sudaditas y entre amigos, mucho mejor

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

*Aunque en el desarrollo del artículo no se comenta, se da por sentado que a nadie se le ocurre que del depósito B pasa agua al A; es decir, que un cuerpo frío puesto en contacto con otro caliente espontáneamente se enfría, mientras que el caliente se sigue calentando. Esto sólo puede suceder si obligamos al sistema artificialmente. Al margen de esto, que da para mucho, el chocante comportamiento descrito no sólo contradice la lógica y la experiencia, sino que arremete contra los Principios de la Termodinámica cuyo alcance, sin entrar en detalle, es total, establecen qué puede y no ser en el Universo, fijando, incluso, cuál es la dirección de avance del tiempo que miden nuestros relojes.

Todos los gatos pardos

|
Y nuestra mascota agazapada entre sus colegas negratas también.
Se enciende la luz cuando ante el espejo uno quiere comprobar si el color de sus pantalones pega con el de sus zapatos; cuando recién levantado se asegura de no haber enfundado otra vez el pie derecho en un calcetín azul marino y el izquierdo en uno rojo chillón... de noche, todos los gatos son pardos. La razón reside en lo más profundo de nuestro ojo, en la retina.

El ojo funciona en un determinado rango de validez en longitudes de onda y en intensidad más allá del cual resulta inútil.

Como ya se refirió en un artículo anterior, la radiación electromagnética -esa que nos calienta los platos precocinados en el microondas, la que nos permite escuchar la radio, contra la que nos advierten al tomar el sol...- incluye un intervalo captable por el ojo humano conocido por el nombre de espectro visible. Es la región sobre la que se extienden los colores del arco iris. Por debajo de esta región -infrarrojo- nada es percibido; tampoco por encima -ultravioleta.

Pero no es ésta la restricción que nos impide distinguir el color de nuestros calcetines, sino la que impone el rango de validez en intensidad. Por motivos de construcción, todo instrumento de medición viene caracterizado por unos valores umbrales de la magnitud que pretende medir: un valor mínimo, por debajo del cual el aparato no ofrece respuesta, y un valor máximo, superado el cual el aparato tampoco proporciona medida o no proporciona una medida fiable.

A los receptores ópticos les ocurre lo mismo, pero con la intensidad de la luz. Dependiendo del aparato, a bajas intensidades no ofrecen respuesta, es como si no recibieran luz. Igualmente, dependiendo también del aparato, a muy altas intensidades la respuesta que ofrecen no es fiable: ofrecen la misma respuesta bajo la incidencia de una intensidad más alta que su valor umbral superior que bajo la incidencia de una intensidad mil veces mayor. Un esquema de los conceptos introducidos sería el siguiente:

El ojo humano dispone de una distribución de células fotosensibles en su retina. Todos hemos oído hablar de los conos y los bastones. Los primeros se encargan del discernimiento cromático mientras que los segundos sólo proporcionan impresiones acromáticas. Gracias a los primeros vemos en color; si sólo contáramos con los segundos veríamos el mundo en blanco y negro.

La respuesta de unos y otros viene determinada por los pigmentos que los recubren y la reacción que éstos inician al recibir la luz incidente según su contenido espectral, de ahí que existan tres tipos de conos: unos se excitan bajo la incidencia de las largas longitudes de onda del especro visible -los colores rojizos-; otros, bajo la incidencia de las longitudes medias -verdes- y los últimos bajo la de las cortas - azulados/violáceos. Según la teoría de Young y Helmholtz, basta con la superposición equilibrada de estos tres estímulos para la interpretación de todos los matices cromáticos que somos capaces de percibir. La llamada visión tricromática es compartida por los primates. Otros mamíferos se manejan con una visión dicromática -cuentan con dos tipos de conos- mientras que aves, reptiles y peces incluso pueden aventajarnos con una visión pentacromática.

Otra de las diferencias entre conos y bastones es su sensibilidad. Los conos requieren de un valor umbral de intensidad lumínica superior a la de los bastones para iniciar los procesos fisiológicos que nos permiten percibir el color. En otras palabras, los bastones funcionan a bajas intensidades; los conos, a altas. En una habitación de iluminación tenue, la intensidad es insuficiente para excitar los conos, pero no para activar los bastones. Nuestros receptores acromáticos no nos fallan en tales condiciones y posibilitan la percepción de una imagen, eso sí, en blanco y negro. Con el aumento de la intensidad, al encender la luz, los bastones dejan de funcionar -se traspone su umbral superior - y delegan en los para entonces activados conos, que nos ofrecen entonces una versión coloreada del habitáculo.

CocaCola explosiva (sin mentos)

|
Ayer mismo publicábamos en Hoja de reclamaciones el peligro que tienen la botellas de Coca-Cola. Por casualidades de la vida, hemos sido varios los que últimamente nos hemos llevado un buen susto abriéndolas ya que si no prestas mucha atención el tapón te puede salir disparado.

Veamos, estas bebidas están carbonatadas, es decir, tienen CO2 disuelto. EL CO2 es un gas que se disuelve bien en agua (cuanto más fría mejor) y reacciona pasando a una forma ácida y generando carbonatos. Por tanto, el CO2 deja de estar como gas gracias a su disolución y reacción con el agua.


Como cualquier disolución, tenderá a un equilibrio que en determinadas condiciones fijas la concentración de CO2 disuelto se mantendrá constante. Ahora bien, un aumento de temperatura o disminución de presión hará que se invierta el proceso, produciéndose de nuevo el CO2 gas (antes disuelto). Por esta razón cuando abrimos la botella oímos primero como sale gas (debido a que dentro había más presión) y vemos como suben burbujas de CO2.
Por ejemplo, una forma modificar el equilibrio rápidamente es echándole sal o con los famosos mentos.

El problema es que la presión que se alcanza tras cerrarla (a pesar de estar fría y no haber movido) es demasiado alta y el sistema de rosca quizás no sea suficientemente largo para que pierda la presión sin salir disparado.

En la cerveza y el cava también se ve este fenómeno y desde pequeñito siempre me he preguntado extrañado de donde salían las burbujitas. Ahora de mayorcito me pregunto si Coca-Cola ha reducido el recorrido de rosca de sus tapones o han sido así toda la vida. En cualquier caso, llevad cuidado que las botellas las carga el CO2.

Paradoja del color.

|
Uno de los motivos de la creación de este blog ha sido la falta de curiosidad científica que hay actualmente y la rápida clasificación en el amplio término de friki. Para combatirlo, qué mejor que una de esas preguntas que tantos nos gustan.

¿qué color se obtiene al sumar todos los colores?

Piénsalo un rato antes de seguir leyendo. ¿Lo tienes? pues sigamos.

Si nostros pintamos sobre un papel varios colores al final obtenemos una mancha negruzca pero ojo, el negro no es ningún color, de hecho es la falta de cualquiera. Por otro lado la luz blanca se descompone en distintos colores, basta recordar los bonitos y ambiguos arco iris. Entonces resulta que la suma de todos los colores es blanca pero nosotros tenemos un color negro, buena paradoja.

La explicación es sencilla, la luz se puede interpretar como una radiación y existe un espectro o rango que el ojo humano es capaz de distinguir.


Por ejemplo, los mandos a distancia utilizan el rango infrarrojo y un experimento curioso es el de apuntar con la cámara del móvil a la bombillita (LED) del mando mientras lo utilizamos. Nosotros no vemos nada pero la cámara si que es sensible a ésta radiación y en la pantalla vemos cómo ésta se enciende.

Al pintar todos los colores estamos haciendo que el papel absorba todas las longitudes de onda visibles, mientras que el folio era blanco al principio del proceso. Por esta razón es poco recomendable ir con ropas oscuras en estas calurosas fechas, sin embargo nuestro gato Schrödy se ha tintado el pelo para intentar dominar el mundo:

Volvemos

|



Hoy, día 4 de Julio, Deliquios anuncia su regreso oficial
y ésta de aquí arriba es la imagen que más voy a ver en los próximos días