El por qué de las cosas

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¿Por qué hay tormentas de verano?


Para que se genere la tormenta tiene que calentar el sol. En concreto, una superficie en la que haya algo de agua, para que ésta se evapore.

En su ascensión, si ese vapor de agua caliente entra en contacto con el 'chorro polar', una masa de aire frío, puede condensarse rápidamente en gotas. Cuando el proceso se realimenta, porque se genera más calor, se forma una columna de aire en ascensión que termina por precipitar de forma abrupta.




¿Por qué refresca más el aire acondicionado que el ventilador?


El aire acondicionado funciona sacando calor del interior de las habitaciones para expulsarlo a la ciudad, que así sube aún más su temperatura. Funciona como una nevera, cuyo esquema expliqué en un vídeo anterior. La idea básica es utilizar el calor de evaporación y condensación de un gas que es esencialmente tetrafluoroetano. Con ese esquema somos el interior de la nevera.

Sin embargo, hay otras alternativas con muchas ventajas. Podemos impedir que se calienten las paredes de los edificios, pintándolas de blanco, utilizar toldos reflectantes o blancos, muros con varias capas de aire que circula en su interior por convección, y recubiertos de vegetación, y techos fríos, enfriados mediante energía solar. Con techos fríos se pueden utilizar ventiladores que bajan el frío del techo al suelo, de forma casi natural, con un coste energético muy reducido y sin incrementar las emisiones de CO2.





¿Por qué el mar tiene olas?


Son el alma del mar. Sus ondulaciones nos hipnotizan y vuelven locos a surferos y otros deportistas. Las olas son un fenómeno físico más complejo de lo que pueda parecer a simple vista.

Las olas del mar se generan no por arrastre del viento sobre el agua, sino por las variaciones de presión al pasar el aire sobre las crestas y los valles de las ligeras irregularidades que tiene la superficie del agua. Es un fenómeno no lineal como la idea de que "el rico se hace más rico y el pobre más pobre".

Las olas no son mas que movimientos del agua de arriba abajo, pero no hacia adelante, con la ola. Es como atar cuerda a una silla y hacer ondas: La cuerda no sale de las manos.

Por lo general se originan a cientos de kilómetros de donde uno las ve.





¿Por qué hay lanzamientos de falta que esquivan la barrera?


Algunos de los lanzamientos más impresionantes del fútbol se derivan de efectos de la mecánica de fluídos. Tiros de falta que sortean barreras trazando espectaculares parábolas son producto del llamado 'efecto Magnus'.

Para que pueda ocurrir es fundamental que el balón rote sobre su propio eje.

En ese momento, lo que podría ser en principio una trayectoria recta se empieza a curvar. Esto es debido a que la presión del aire es desigual en cada uno de los extremos de la pelota.





¿Por qué nada puede ir más rápido que la luz?


Einstein lo teorizó y la práctica, finalmente, no ha podido desmentirlo. Sigue siendo una ley: nada puede ir más rápido que la luz. ¿Por qué?

Simplificando el modelo, podríamos decir que 'ponerse a la velocidad de la luz' no es sino 'mover una masa' a 299.792.458 m/s en vacío. Y no podemos mover nada a más velocidad porque lo único capaz de mover una partícula con masa es otra fuerza que va justamente a esa velocidad.

A eso hay que sumar que, según la Teoría de la Relatividad Especial, el cuerpo que resulta 'empujado' ganaría masa al ponerlo a tan altas velocidades, perdiendo capacidad para moverse. En suma, nada puede moverse más rápido que la 'fuerza' que lo empuja.

Hasta la fecha, observamos fuerzas que se desplazan a esa velocidad lumínica, como la electromagnética; ésta es en esencia movimiento de electrones o protones.





¿Por qué tenemos dos mareas si la luna sale una sola vez?


Marineros y mariscadores saben bien la importancia de las mareas. Las costas españolas viven diariamente un par de momentos de pleamar y bajamar. Y, desde el siglo V antes de nuestra era, es conocido que tiene que ver con la influencia de la Luna.

Pero, si la Luna 'sale' una sola vez al día, ¿por qué tenemos dos mareas? Este es un fenómeno muy complejo. Y, desde luego, no en todas las costas del mundo hay dos mareas.

El ascenso y descenso del nivel del mar diariamente es un hecho parecido a la ondulación de las cuerdas de una guitarra al ser pinzadas. Dependiendo de la posición de la Luna y el Sol, de las corrientes y la tipología de la costa, su efecto de atracción sobre el agua actúa de una manera más inmediata o dilatada en el tiempo.

Es como cuando presionamos la cuerda de una guitarra contra un traste. Según donde pongamos el dedo, así suena una nota (una frecuencia u ondulación más grande o pequeña) u otra.





¿Por qué no se cae una bici en movimiento?


Los vemos pedalear sin descanso sobre apenas un plano fino de bicicleta. Bambolearse sin caer, desafiando a la gravedad. Y lo cierto es que, aunque de niños necesitemos de ayuda, las bicis no se van al suelo mientras ruedan. ¿Por qué?

El Catedrático de Física Aplicada Antonio Ruiz de Elvira nos propone imaginar la rueda de una bicicleta como una aro en el que hay miles de coches. Los coches, en movimiento, tienden a ir en línea recta y seguir su camino. Desviarlos de su ruta, requiere de una fuerza externa. Eso es en esencia lo que ocurre con los 'elementos' de la rueda.

Esa fuerza hacia adelante compensa las otras de gravedad que la Tierra ejerce sobre el plano de la bici hacia los lados. Pero para eso es imprescindible que esté en movimiento, lo cual garantiza la inercia.





¿Por qué los motores de explosión mueven automóviles?


El rugido del motor tiene que ver con los procesos físicos y químicos que ocurren en su interior. ¿Por qué decimos que los motores de gasolina son de explosión? ¿Qué hace mover los pistones de su mecanismo?

El conocido motor de 'cuatro tiempos' se fundamenta en cilindros en los que entra la gasolina mezclada con oxígeno.

Una chispa desencadena una reacción química por la que el carburante, basado en carbono, rompe sus enlaces moleculares, desprendiendo gases más pesados y voluminosos, lo cual empuja pistones y, a su vez, el resto de la mecánica que se transmite a las ruedas.





¿Por qué se forman las pelusas?


Omnipresentes, molestas, misteriosas y con aparente vida propia. Las pelusas colonizan rincones y ordenadores. ¿Qué son en realidad? ¿Cuál es, físicamente, la mejor manera de eliminarlas?

No son más que millones de partículas de textiles, semillas, tierra, piel, etc. enroscadas en torno a fibras más largas que, a su vez, se enroscan y atraen a otras gracias a su carga eléctrica.

Las pelusas tienden a acumularse en rincones, paletas de ventiladores y disipadores de ordenadores, puesto que un fluido tiende a velocidad cero al llegar a una superficie sólida. El aire no las elimina, solamente las mueve, por eso usar aspiradoras no siempre es la mejor opción.





¿Por qué se forman tornados y 'ciclogénesis'?


Son espectaculares y peligrosos. Los tornados, un fenómeno muy americano que, a este lado del Atlántico, no suele pasar de borrasca explosiva o 'ciclogénesis'. ¿Por qué se forman y qué son?

El origen suele ser común en huracanes, ciclones y tornados: grandes áreas planas calentadas por el sol.

Si son superficies secas, como en Estados Unidos, derivan en tornados. Si son sobre el mar, son ciclones o borrascas.

El aire asciende y gira rápidamente, dejando su base con menos presión. Eso permite que el cono que se forma succione todo lo que hay a su alrededor.





¿Por qué producen energía las placas solares?


Aunque no son tan habituales como quizás debieran, las placas fotovoltáicas van siendo parte del paisaje cotidiano de cada vez más países. Y aunque nos parezcan la última hora de la tecnología, lo cierto es que son una realidad desde el siglo XIX.

Las leyes físicas que sustentan esta transformación del sol en electricidad se describieron aún antes. Todo se basa en la capacidad que los rayos solares tienen para 'mover' electrones de su sitio.

Puesto que los electrones se mueven caóticamente en torno al núcleo del átomo en distintas capas, cuando una de estas partículas es desplazada hacia otro orbital, tiende a volver a su estado inicial, liberando energía, que se puede 'canalizar'.





¿Por qué no se hunden los barcos (casi nunca)?


Majestuosos, imponentes, pesados, puro acero ¿cómo es posible que los barcos naveguen y floten? ¿qué leyes físicas hacen posible que se mantengan o en ocasiones, se hundan?

En el centenario del hundimiento del 'Titanic el catedrático de Física Aplicada Antonio Ruiz de Elvira, explica las leyes físicas que permiten a estos gigantes surcar las aguas.

El agua es un elemento muy pesado, aunque creamos que no. Y aunque el barco está hecho de hierro y es mucho más pesado que el agua, es prácticamente hueco.





¿Por qué encendemos la televisión con un mando de luz infrarroja?


Desde los años 80, los mandos a distancia se popularizaron en todo el mundo, permitiendo controlar la televisión y en general cualquier tipo de aparato electrónico de forma cómoda sin tener que acercarnos hasta él.

El hecho de utilizar la tecnología de luz infrarroja en estos mandos a distancia se debe, principalmente, a que el infrarrojo no interfiere ni con las comunicaciones telefónicas, ni con el wifi, ni con la propia señal de televisión, por lo que lo hace idóneo para este tipo de servicio. Además, transmite una energía que después se puede codificar de forma relativamente sencilla.

Aunque más largas que las ondas de luz visible, las ondas infrarrojas son muy cortas, por lo que no pueden atravesar objetos sólidos, ésa es su única pega...





¿Por qué vuelan los insectos?


Con la primavera, despiertan por doquier. Sobrevuelan campo y ciudad y recorren distancias de kilómetros sin inmutarse. Insectos. Nos fascinan y molestan. Y nos han generado una eterna pregunta a los humanos: ¿cómo vuelan?

Su particular 'diseño' aerodinámico es clave para ellos. No todos suben y bajan las alas para impulsarse. Muchos insectos deforman su cuerpo entero con el fin de generar una especie de torbellinos en los extremos de sus alas.





¿Por qué nos da miedo la radiactividad?


Desde mediados de siglo pasado vivimos entre el miedo y la dependencia de la energía atómica. Pero, en el fondo, a casi nadie nos hace mucha gracia oír hablar de radiactividad; ¿por qué? ¿Hasta qué punto nos la estamos jugando?

Dos años después del accidente en la central de Fukushima en Japón, el profesor Antonio Ruiz de Elvira explica qué es la radiactividad y de qué manera puede afectar a los seres vivos.

Según el catedrático, constantemente nos exponemos a fuentes radiactivas, como el Sol. Pero el número de partículas subatómicas que llegan a impactar sobre las moléculas de nuestras células es muy bajo. Excepto si se libera una gran cantidad de radiación en poco tiempo.





¿Por qué se forman los 'tsunamis'?


¿Qué es lo que provoca semejante furia natural en los océanos? El catedrático de Física Aplicada Antonio Ruiz de Elvira explica que todo tiene que ver con fracturas en el lecho marino.

Un desplazamiento del suelo empuja toda una masa de agua que, por sus características como fluido, no puede 'reaccionar' rápidamente para readaptarse al nuevo espacio. Por eso, se acumula, formando algo así como una gran bolsa de líquido que sube por encima del nivel al que se encontraba el océano, y se desplaza hacia todas direcciones, 'buscando sitio'.

Los 'tsunamis' o maremotos que llegan a la costa, suelen ser devastadores para las poblaciones marítimas. En el siglo XVIII, Lisboa quedó destruida por las olas y los incendios, tras un fuerte movimiento sísmico. Sin embargo, estos fenómenos son bastante frecuentes, aunque sus efectos no se dejan notar, puesto que suelen llegar a zonas sin poblar.





¿Por qué no funciona la pantalla de un iPad con guantes?


Nos hemos acostumbrado a manejar nuestros teléfonos inteligentes y tabletas con solo acariciar sus pantallas. Atrás quedaron los punteros o hacer presión con los dedos.

A cambio, nuestra piel se ha convertido en la herramienta para dar órdenes a muchos dispositivos. Eso implica que nos olvidemos de guantes y otros accesorios que impidan el contacto directo con las pantallas. ¿Por qué?

Todo se basa en el principio de acumulación y circulación de cargas eléctricas. Nuestro cuerpo es conductor. Al tocar las pantallas de máquinas como las de los iPad, las cargas distribuidas en placas se alteran. Una serie de reglas matemáticas traducen esas alteraciones en instrucciones.





¿Por qué enfrían las neveras?


Sabemos que enfrían, pero la mayoría de las personas no entiende cómo lo consiguen. ¿Cómo funciona una nevera? ¿Por qué logra mantener los alimentos a una temperatura suficientemente baja como para conservarlos?

En una nueva entrega de su videoblog 'El porqué de las cosas', el catedrático de Física de la Universidad de Alcalá, Antonio Ruiz de Elvira, explica todas las claves de una tecnología revolucionaria que cambió la vida cotidiana de nuestra sociedad hace más de 100 años.

El mecanismo fundamental es un ingenioso sistema de circulación de líquidos que logra sacar el calor hacia afuera.





¿Por qué podemos fotocopiar (o escanear) en segundos?


¿Cuál es mecanismo por el que se produce una fotocopia? ¿Y cómo funciona un escáner? ¿Son lo mismo? Son prodedimientos similares, originariamente basados en la xerografía, cuyo principio fue descubierto en 1938.

Hoy, los escáneres y fotocopiadoras digitales son capaces de generar una imagen virtual según si la luz que barre un documento es reflejada o no sobre unas celdillas minúsculas en una matriz o rejilla electrónica.





¿Por qué 'pitan' los arcos de seguridad?


Nos hemos acostumbrado a deshacernos de todos los objetos metálicos cuando atravesamos arcos de seguridad en lugares como aeropuertos. Pero, ¿qué es un arco de seguridad y por qué detecta los metales?

Todo tiene que ver con el magnetismo. Los objetos metálicos, sobre todo los que tienen hierro o níquel, poseen un campo magnético que es capaz de alterar otra señal eléctrica-magnética, que es la que emite el detector.





¿Por qué saltan los plomos?


¿Por qué se nos va la luz cuando encendemos demasiados aparatos en casa al mismo tiempo? ¿A qué llamamos exactamente 'saltar los plomos'?

En esta entrega de 'El porqué de las cosas', el físico ofrece explica el mecanismo que hace saltar un interruptor diferencial. Unas bobinas son capaces de detectar cuánta intensidad pasa por el circuito y cuánta energía se demanda. Al superarse la contratada, la tensión hace saltar un resorte que afecta al interruptor.





¿Por qué es casi imposible que se caiga un ascensor?


¿Puede caerse la cabina de un ascensor? La respuesta es no.

Si el sistema está bien diseñado, el ascensor cuenta con un mecanismo simplísimo, inventado en 1852, basado en una ballesta flexible. Por un proceso físico elemental, se frena la caída de la cabina cuando se cortan los cables de acero que tiran de ella.

Gracias a este invento, que se sigue utilizando hoy en día, la ciudad de Nueva York pudo empezar a construir más de seis alturas, que era su techo a mediados del siglo XIX.





¿Por qué tosemos más con inviernos soleados?


¿Por qué mucha gente tiene la sensación de arrastrar catarros y tos durante semanas? Especialmente en inviernos como éste, cuyo primer mes ha sido seco y soleado. La respuesta está en la situación anticiclónica que, hasta este fin de semana, hemos vivido en la Península Ibérica.

Para este científico, la situación se relaciona con el mayor consumo de calefacciones tipo diésel y la ausencia de lluvia que arrastre su polución.





¿Por qué el 'wifi' no hace daño a los bebés (ni a nadie)?


Desde el aula en la Universidad de Alcalá de Henares, el catedrático de Física Aplicada explica cómo la longitud de las ondas y su escasa potencia impiden penetrar a través de nuestros tejidos y afectar al organismo. Incluso en el caso de personas débiles o bebés, como algunos piensan.





¿Por qué conviene bajar las persianas en invierno?


¿Por qué conviene bajar las persianas durante el invierno, incluso durante el día, si no necesitamos luz? ¿Por dónde se nos escapa el calor durante los meses más fríos? ¿Cómo podemos ahorrar energía y dinero desde casa?

El catedrático de Física Aplicada explica cómo las persianas pueden frenar la pérdida de calor en la mayoría de las viviendas, que se construyeron antes del actual Código Técnico de Edificación y por tanto no tienen ventanas dobles.





¿Por qué calientan la comida los hornos microondas?


¿Qué son las microondas? ¿Por qué calientan la comida? ¿Son peligrosos los hornos que funcionan con esta tecnología?

Desde su aula en la Universidad de Alcalá de Henares, el catedrático de Física Aplicada explica cómo la clave del funcionamiento de los microondas está en las moléculas de agua que contienen todos los alimentos.





¿Por qué nos dicen que apaguemos el celular para evitar interferencias?


¿Por qué nos dicen que apaguemos nuestros móviles para evitar interferencias? ¿Qué son en realidad esas interferencias? ¿Por qué los altavoces suelen ser sensibles a la cercanía de un terminal móvil? ¿Son dañinas las radiaciones emitidas por la telefonía móvil para el organismo humano?

Los mecanismos que permiten a los teléfonos comunicarse con las células de repetidores que hay en postes. Los altavoces que tenemos en casa actúan como verdaderas antenas capaces de captar esas señales que mandan los teléfonos, incluso cuando están en reposo. Porque los terminales siempre deben estar localizados.





¿Por qué nos dicen que reiniciemos el ordenador cuando se queda colgado?


¿Por qué se 'cuelgan' los ordenadores? ¿Por qué nos recomiendan que reiniciemos la máquina cuando se produce este irritante colapso informático? ¿Qué procesos se ponen en marcha cuando nos damos por vencidos y recurrimos, en nuestra desesperación, a la combinación de las teclas 'Control-Alt-Supr'?

El catedrático disecciona desde su aula en la Universidad de Alcalá lo que ocurre en el interior de nuestros ordenadores cuando de repente se quedan colgados, y disecciona las claves que explican la utilidad de reiniciar el sistema operativo.





¿Por qué cuesta tanto abrir un bote al vacío?


Cada cual tiene su truco. Desde unos golpecitos de canto, a ponerlo bajo el grifo. Los botes de conservas se suelen resistir a ser abiertos. Y eso constituye una garantía para su consumo, puesto que en su interior se ha formado el vacío.

¿Qué es lo que tanto aprieta la tapa contra el cristal? El catedrático explica que se trata tan solo del aire.

En 1654, Otto von Guericke mostró, delante del emperador Fernando III de Austria, que dos equipos de 15 caballos cada uno no podían separar dos semiesferas unidas entre sí sin tornillos, como lo están unidas la tapa y el cristal de un bote por la fuerza del 'vacío'.

El aire empuja cada centímetro cuadrado de todo lo que nos rodea. La presión hace una fuerza como el peso de 10 toneladas sobre cada metro cuadrado de superficie. Si está vacío, no hay fuerza que contrarreste a la de la atmósfera.





¿Por qué iluminan los leds gastando tan poco?


Al principio, los veíamos en rótulos, marcadores electrónicos o termómetros de las ciudades. Después, se han ido extendiendo según disminuía su tamaño.

Los led, hoy en día, se han convertido en una alternativa a la iluminación por bombillas incandescentes e incluso lámparas de bajo consumo, como las fluorescentes. La clave: gastan realmente muy poca electricidad.

La bombilla de Edison ha sido nuestra fuente de luz doméstica durante 130 años. Ahora bien, este tipo de lámpara está basado en obligar a los electrones a saltar de órbita a base de golpes violentos de otros electrones que circulan por los cables.

La idea de los led es estimular directamente a los electrones para que salten de órbita atómica sin esperar a que algún otro electrón los golpee: luz con un 10% de eficiencia energética y larga duración.





¿Por qué los animales veloces tienen patas estilizadas?


Gacelas y guepardos son animales muy rápidos y sobre todo, capaces de ponerse a gran velocidad desde el reposo en poquísimo tiempo. Sus patas largas y delgadas son su herramienta secreta. ¿Qué principio físico hay tras esa cualidad?

Se trata de una estrategia evolutiva basada en el ahorro energético.

La energía, en el movimiento, se gasta sobre todo en las aceleraciones, cómo saben todos los conductores de las grandes ciudades. La energía se gasta en producir trabajo físico, el producto de la fuerza por el espacio recorrido. Y la fuerza es la masa por la aceleración. Si la masa que arranca y se detiene cada poco es ligera (la pata tiene la menor masa de todas las compatibles con la resistencia al golpe), la fuerza es la mínima posible, y con el mismo gasto de energía se puede producir una aceleración mayor.





¿Por qué nadan los peces a contracorriente?


Los peces han evolucionado a lo largo de millones de años logrando sus objetivos vitales, es decir, capturando energía en forma de comida, disipando la mínima energía posible y consiguiendo no ceder a otros la energía que han adquirido, sirviéndoles de alimento.

De entre todas las formas posibles, las más aerodinámicas han sido seleccionadas en cada momento, habiéndose reproducido menos los que presentaban más resistencia al agua. Cuando el pez o el mamífero acuático se desplaza, las fuerzas que la corriente ejerce sobre sus contornos, sobre su superficie, le mueven hasta que esas fuerzas se hacen mínimas, de la misma manera que una bandera se coloca, si puede girar, de cara al viento.

Este comportamiento mecánico facilita, cuando no hay corriente, el movimiento del animal, le permite alimentarse si hay corriente con el microplancton que arrastra ésta, y también huir a alta velocidad de los depredadores.





¿Por qué de día vemos el cielo de color azul?


En la Luna el cielo es negro como el carbón, lo mismo que en Marte. Solo hay luz cuando los rayos de sol caen directamente sobre un objeto. ¿Alguna vez se han preguntado por qué el color que vemos en el cielo durante el día es azul?

La luz que tenemos en la Tierra es el efecto de la dispersión de los rayos del Sol por las moléculas del aire. Cojan una perla de vidrio, miren a través de una gota de agua fijada en el cristal de su coche: la luz, cuando atraviesa las moléculas de agua (o de vidrio), cambia su dirección y se propaga en otras muchas. Y no solo eso: cada color de la luz blanca se propaga en direcciones distintas.

Al amanecer, y al anochecer, el cielo es rojo: los rayos de luz blanca(mezcla de todos los colores) del Sol se dispersan hacia arriba menos los de color rojo. Según va subiendo el Sol sobre el horizonte, nos llegan dos tipos de rayos: luz blanca, directa, y la luz azul de la dispersión de los rayos blancos en las moléculas del aire, esencialmente en las moléculas de vapor de agua de la atmósfera: cuando miramos hacia arriba vemos el cielo azul.

Creemos que no vemos el aire, y sí lo vemos, si sabemos mirar. Las sombras en la Tierra son grises, y las plantas crecen en esas sombras, porque les llega la luz. Se dice de vez en cuando que podríamos colonizar Marte. ¿Podríamos vivir allí como seres humanos?