10 experimentos cotidianos que parecen trucos

La física y la química están escondidas en objetos cotidianos: una uva en el microondas, una olla en la montaña, un huevo que flota o un vaso de maicena que se endurece al golpearlo.

Estos diez datos explican fenómenos que puedes observar, qué ocurre a escala de átomos y moléculas, cómo los descubrieron los científicos y dónde se aprovechan en la vida real.

DATO 10Una uva en el microondas puede crear plasma

Una uva cortada casi por la mitad, dejando las dos mitades unidas por un fino trozo de piel, se comporta de forma sorprendente dentro de un microondas: tras unos segundos, en el punto de unión aparece una chispa brillante, una pequeña bola de plasma, el cuarto estado de la materia, un gas tan caliente que sus átomos pierden electrones y emite luz. El fenómeno se hizo viral en internet en los años 90 y 2000, pero su explicación científica no llegó hasta 2019, en un estudio publicado en la revista PNAS por los físicos Hamza Khattak, Pablo Bianucci y Aaron Slepkov, de la Universidad de Trent y la Universidad Concordia, en Canadá.

Durante años, la explicación más extendida era que la piel que une las dos mitades actuaba como una antena, como un pequeño dipolo, que concentraba la energía. Pero los investigadores demostraron que la piel no era necesaria: dos uvas enteras separadas o tocándose, o incluso dos esferas de hidrogel del tamaño de una uva, hechas de agua, producían el mismo efecto. La clave es el tamaño y el agua.

Las microondas de un horno tienen una longitud de onda de unos 12 centímetros en el aire. Pero dentro del agua, que tiene un alto índice de refracción para las microondas, la longitud de onda se acorta unas nueve veces, hasta alrededor de 1,3 centímetros, más o menos el tamaño de una uva. Por eso una uva actúa como una especie de resonador: las microondas quedan “atrapadas” dentro de ella y se concentran, igual que el sonido resuena en una caja de guitarra. Cuando dos uvas están muy juntas, la energía se concentra en el pequeñísimo espacio entre ellas, creando un “punto caliente” donde el campo electromagnético es enorme. Allí, se calientan los iones de sodio y potasio de la uva hasta formar un plasma.

Los investigadores usaron cámaras térmicas y simulaciones por ordenador para demostrarlo. Su trabajo tiene interés más allá de la curiosidad: ayuda a entender cómo la luz y las ondas se concentran en objetos pequeños, un campo de la física llamado nanofotónica, y podría inspirar formas de concentrar energía en espacios muy reducidos para aplicaciones como sensores o técnicas médicas.

Pero no lo pruebes en casa. El plasma puede dañar el microondas, el magnetrón o la pintura interior, puede provocar pequeños incendios y el plasma puede subir y dañar la parte superior del horno. Además, en otros objetos puede ocurrir algo parecido. Otros alimentos también pueden producir chispas en el microondas, como algunas verduras con muchos minerales, como las judías verdes, la col rizada o las zanahorias, en un fenómeno llamado “arco”, porque los minerales como el hierro o el selenio actúan como pequeñas piezas de metal. Y los objetos de metal, como cubiertos, papel de aluminio o platos con bordes dorados, producen chispas porque los electrones se acumulan en sus bordes y puntas.

Otras recomendaciones de seguridad con el microondas: no calentar huevos con cáscara, porque el vapor se acumula dentro y pueden explotar, incluso después de sacarlos; no calentar agua durante mucho tiempo en recipientes muy lisos, porque puede sobrecalentarse por encima de 100 °C sin hervir, y hervir de golpe al moverla o añadir algo, provocando quemaduras.

Por qué importa. La uva en el microondas muestra cómo un fenómeno viral puede esconder física compleja, y cómo la curiosidad lleva a descubrimientos útiles.

DATO 9El agua no siempre hierve a 100 °C

El punto de ebullición del agua, la temperatura a la que hierve, depende de la presión del aire. A nivel del mar, con una presión de una atmósfera, el agua hierve a 100 °C. Pero a medida que subimos en altitud, la presión del aire disminuye, y el agua hierve a una temperatura más baja. En la cima del Everest, a 8.849 metros, donde la presión es aproximadamente un tercio de la del nivel del mar, el agua hierve a unos 70 °C. En ciudades altas, como La Paz, a unos 3.600 metros, hierve a unos 88 °C, y en Madrid, a unos 650 metros, a unos 98 °C.

¿Por qué ocurre? El agua hierve cuando la presión de vapor del agua, es decir, la tendencia de sus moléculas a escapar en forma de gas, se iguala a la presión del aire que la rodea. Las moléculas de agua se mueven más rápido cuanto más caliente está el agua. Cuando la presión del aire es menor, las moléculas necesitan menos energía, y por tanto menos temperatura, para escapar y formar burbujas de vapor dentro del líquido. Por eso hierve antes.

Esto tiene consecuencias prácticas en la cocina. Como el agua hierve a menos temperatura, los alimentos que se cocinan en agua, como la pasta, el arroz, los huevos o las legumbres, tardan más en hacerse, porque el agua no puede superar esa temperatura mientras hierve. En el Everest, un huevo pasado por agua tardaría mucho más en cuajar, y sería casi imposible cocinar legumbres. Por eso los montañeros usan a menudo alimentos liofilizados, que solo necesitan rehidratarse. Además, en altitud el agua se evapora más rápido, lo que afecta a recetas de repostería: los bizcochos pueden subir demasiado y hundirse. Por eso existen recetas adaptadas para la altitud, con menos levadura, más líquido o temperaturas de horno más altas.

Para solucionar el problema, se inventó la olla a presión. Funciona al revés: al estar cerrada herméticamente, el vapor aumenta la presión en su interior, hasta alrededor de 2 atmósferas, y el agua hierve a unos 120 °C. Así, los alimentos se cocinan mucho más rápido, hasta en un tercio del tiempo, y se ahorra energía. La olla a presión la inventó el físico francés Denis Papin en 1679, con un aparato llamado “digestor”, que servía para ablandar huesos. Papin inventó también la válvula de seguridad para evitar explosiones, y sus ideas influyeron en el desarrollo de la máquina de vapor. Las ollas a presión modernas se popularizaron en el siglo XX. En los autoclaves de los hospitales y laboratorios se usa el mismo principio para esterilizar material a unos 121 °C, temperatura que mata incluso las esporas de bacterias más resistentes.

La relación entre la presión y el punto de ebullición también se usa para medir la altitud. En el siglo XIX, antes de los altímetros modernos, algunos exploradores y científicos, como el alemán Alexander von Humboldt en los Andes, medían la altitud de las montañas midiendo la temperatura a la que hervía el agua, con unos termómetros especiales llamados hipsómetros.

Algo parecido ocurre con la temperatura del cuerpo: la presión afecta a los líquidos del cuerpo. A una altitud de unos 19.000 metros, en el llamado límite de Armstrong, la presión es tan baja que el agua hierve a la temperatura del cuerpo humano, unos 37 °C. Por encima de esa altitud, los líquidos del cuerpo expuestos, como la saliva o las lágrimas, hervirían. Por eso los pilotos de aviones que vuelan muy alto y los astronautas necesitan trajes presurizados.

Por último, la presión también afecta al punto de congelación, aunque mucho menos: con más presión, el hielo se funde a una temperatura ligeramente más baja.

Por qué importa. El punto de ebullición depende de la presión, lo que explica por qué se cocina más despacio en la montaña y por qué la olla a presión ahorra tiempo y energía.

DATO 8Un huevo flota en agua muy salada

La sal aumenta la densidad del agua. Si disuelves suficiente sal en un vaso de agua, un huevo, que normalmente se hunde en el agua del grifo porque es algo más denso que el agua dulce, empieza a flotar. Es un experimento sencillo y clásico que se hace en muchas escuelas.

La densidad es la cantidad de masa que hay en un determinado volumen. El agua dulce tiene una densidad de alrededor de 1 gramo por centímetro cúbico. Un huevo fresco tiene una densidad algo mayor, de alrededor de 1,03 a 1,09, así que se hunde. Cuando disolvemos sal en el agua, los iones de sodio y cloro ocupan espacio entre las moléculas de agua y añaden masa sin aumentar mucho el volumen, así que la densidad del agua aumenta. Con unas cuatro o cinco cucharadas de sal en un vaso de agua, la densidad del agua supera la del huevo, y el huevo flota.

Esto se explica por el principio de Arquímedes: todo cuerpo sumergido en un líquido recibe un empuje hacia arriba igual al peso del líquido que desaloja. Si el líquido es más denso, el empuje es mayor. Cuando el empuje supera el peso del huevo, el huevo sube. Incluso se puede hacer un experimento más vistoso: llenar la mitad de un vaso con agua salada y luego añadir con cuidado agua dulce encima; el huevo quedará flotando en medio, entre las dos capas.

Este fenómeno ocurre a gran escala en el mar Muerto, un lago salado situado entre Israel, Cisjordania y Jordania, en el punto más bajo de la Tierra, a unos 430 metros por debajo del nivel del mar. Su agua tiene alrededor de un 34 % de sales, unas 10 veces más que el agua del mar. Es tan densa, alrededor de 1,24 gramos por centímetro cúbico, que las personas flotan sin esfuerzo, y pueden incluso leer un periódico tumbadas en el agua. Pero hay que tener cuidado de que el agua no entre en los ojos o se trague, porque es muy irritante. El mar Muerto recibe su nombre porque casi no hay vida en él, salvo algunas bacterias y arqueas adaptadas. Y se está reduciendo: su nivel baja más de un metro al año, porque se desvía gran parte del agua del río Jordán que lo alimenta para el riego y el consumo, y por la extracción de minerales. Se han formado miles de socavones peligrosos en sus orillas.

El mismo principio explica por qué es más fácil flotar en el mar que en una piscina de agua dulce, y por qué los barcos se hunden un poco más cuando pasan de un mar a un río. Por eso los barcos tienen marcas en el casco, llamadas líneas de Plimsoll, que indican hasta dónde pueden cargarse de forma segura según la densidad del agua y la temperatura. Las introdujo en el siglo XIX el político británico Samuel Plimsoll para evitar que los armadores sobrecargaran los barcos.

La prueba del huevo en agua también sirve para comprobar su frescura, como vimos en otro artículo: un huevo viejo tiene una cámara de aire más grande y flota en agua dulce.

Además, la sal cambia otras propiedades del agua: baja su punto de congelación, por eso se echa sal en las carreteras en invierno para evitar el hielo, y sube ligeramente su punto de ebullición, aunque la cantidad de sal que se echa a la pasta es tan pequeña que apenas afecta, en contra de lo que se suele creer.

Por qué importa. La densidad explica por qué algunas cosas flotan y otras se hunden, un principio clave para los barcos, los submarinos y hasta para disfrutar de un baño en el mar Muerto.

DATO 7Las nubes pesan cientos de toneladas

Una nube cúmulo mediana, de esas nubes blancas y algodonosas típicas de los días de buen tiempo, puede contener unas 500 toneladas de agua, en forma de gotitas diminutas, según un cálculo popularizado por la meteoróloga Peggy LeMone, del Centro Nacional de Investigación Atmosférica de Estados Unidos. Es decir, más o menos el peso de unos 100 elefantes. Algunas nubes de tormenta pueden contener cientos de miles o incluso millones de toneladas.

¿Cómo se calcula? LeMone estimó que una nube cúmulo típica tiene un volumen de alrededor de 1 kilómetro cúbico, un cubo de un kilómetro de lado, y una densidad de agua de alrededor de 0,5 gramos por metro cúbico. Multiplicando, se obtienen unas 500.000 kilogramos, es decir, 500 toneladas de agua. Es una estimación aproximada: las nubes varían mucho en tamaño y contenido de agua.

Entonces, ¿por qué no caen? La clave está en el tamaño de las gotitas. Las gotitas de las nubes son muy pequeñas: tienen un diámetro de unas 0,01 a 0,02 milímetros, cientos de veces más pequeñas que una gota de lluvia. Como son tan pequeñas y ligeras, caen muy despacio, a menos de un centímetro por segundo, y la resistencia del aire las frena. Además, en las nubes hay corrientes de aire ascendentes, llamadas térmicas, que suben más rápido de lo que caen las gotitas, y las mantienen suspendidas. Por otro lado, el agua de una nube está repartida en un volumen enorme, y el aire que la rodea también pesa: de hecho, el aire que ocupa el mismo volumen que la nube pesa mucho más, cientos de miles de toneladas. La nube es, en conjunto, un poco menos densa que el aire que la rodea, porque el aire húmedo es menos denso que el aire seco.

¿Cómo se forman las nubes? Cuando el aire cálido y húmedo sube, se expande porque la presión es menor en altura, y al expandirse se enfría. El aire frío puede contener menos vapor de agua, así que parte del vapor se condensa en gotitas. Pero para condensarse, el vapor necesita unas pequeñas partículas en el aire, llamadas núcleos de condensación, como polvo, sal marina, polen, humo o contaminación. Sin ellas, sería muy difícil que se formaran las nubes.

¿Y cuándo llueve? Cuando las gotitas crecen lo suficiente como para caer. Pueden crecer chocando y uniéndose entre sí, en un proceso llamado coalescencia, o, en las nubes frías, formando cristales de hielo que crecen a costa de las gotitas, en el llamado proceso de Bergeron, que produce la mayoría de las lluvias en latitudes medias. Una gota de lluvia típica necesita la unión de alrededor de un millón de gotitas de nube. Muchas gotas de lluvia empiezan siendo copos de nieve que se funden al caer.

Contrariamente a los dibujos, las gotas de lluvia no tienen forma de lágrima: las pequeñas son esféricas, y las más grandes se aplastan por la resistencia del aire y parecen una especie de pan de hamburguesa. Si crecen demasiado, más de unos 5 milímetros, se rompen en gotas más pequeñas.

Las nubes son muy importantes para el clima: reflejan parte de la luz del sol, lo que enfría la Tierra, pero también retienen el calor que emite la superficie, lo que la calienta. Cómo cambiarán las nubes con el calentamiento global es una de las mayores incertidumbres de los modelos climáticos. La primera clasificación de las nubes, con nombres como cúmulos, estratos y cirros, la propuso el farmacéutico británico Luke Howard en 1802, y todavía se usa.

Por qué importa. Las nubes pesan cientos de toneladas, pero flotan gracias al pequeño tamaño de sus gotitas, y entender su física es clave para predecir la lluvia y el clima.

DATO 6La arena puede convertirse en vidrio con un rayo

Cuando un rayo cae sobre la arena, la funde por el enorme calor, que puede superar los 1.800 °C necesarios para fundir el cuarzo, y forma unos tubos de vidrio llamados fulguritas, del latín fulgur, “relámpago”. A veces se les llama “rayos petrificados”. Pueden medir desde unos pocos centímetros hasta varios metros de largo, y suelen ser ramificados, siguiendo el camino que tomó la electricidad al entrar en el suelo.

¿Cómo se forman? Un rayo transporta una enorme cantidad de energía, con corrientes de decenas de miles de amperios y temperaturas en el canal del rayo de unos 30.000 °C. Cuando cae sobre un suelo arenoso, rico en sílice o cuarzo, la electricidad se propaga por el suelo y calienta la arena tan rápido que se funde y, al enfriarse casi al instante, se solidifica en forma de vidrio. Como el calor vaporiza parte de la arena y la humedad del centro, se forma un tubo hueco. El interior de la fulgurita suele ser liso y brillante, como un vidrio, mientras que el exterior es rugoso y está cubierto de granos de arena pegados.

Las fulguritas son frágiles y difíciles de extraer enteras. La fulgurita más larga conocida se encontró en Florida, en Estados Unidos, en 1996: medía unos 5 metros de largo, según informes de la Universidad de Florida, y se extendía en varias ramas. En un campo de la Universidad de Florida, donde lanzaban cohetes pequeños para provocar rayos y estudiarlos, se producen fulguritas de forma experimental.

El vidrio de las fulguritas es un tipo de vidrio natural llamado lechatelierita, sílice amorfa pura. Existen otros tipos de vidrio natural: la obsidiana, un vidrio volcánico negro que se forma cuando la lava se enfría muy rápido, y que se usó en la prehistoria para fabricar herramientas y puntas de flecha muy afiladas; las tectitas, formadas por el impacto de meteoritos; o el misterioso vidrio del desierto libio, un vidrio amarillento encontrado en el desierto del Sahara, en Egipto y Libia, que se cree que se formó por el impacto o la explosión de un meteorito hace unos 29 millones de años. Un trozo de este vidrio aparece en un escarabajo del collar de Tutankamón.

Las fulguritas también tienen un interés científico. En 2021, un equipo de investigadores de la Universidad de Leeds y de la Universidad del Sur de Florida, liderado por Benjamin Hess, encontró en una fulgurita de Illinois un mineral llamado schreibersita, un fosfuro de hierro y níquel, que normalmente solo aparece en los meteoritos. Este mineral es una fuente de fósforo reactivo, un elemento esencial para la vida, que forma parte del ADN, el ARN y las moléculas de energía de las células. Los investigadores propusieron que los rayos, que eran muy frecuentes en la Tierra primitiva, podrían haber producido grandes cantidades de fósforo reactivo, lo que habría contribuido al origen de la vida. Calcularon que los rayos podrían haber producido entre 110 y 11.000 kilos de este fósforo al año en la Tierra joven.

Las fulguritas también se usan para estudiar los rayos del pasado: su composición y su forma permiten conocer las condiciones en las que cayeron, e incluso estudiar la composición de la atmósfera antigua, porque en su interior quedan atrapadas pequeñas burbujas de gas.

Los rayos también forman fulguritas en rocas, llamadas fulguritas de roca, que aparecen como una fina capa vidriosa en la superficie de las rocas de las montañas.

Hoy las fulguritas se venden a veces como curiosidades o para joyería, aunque hay que tener cuidado con las falsificaciones.

Por qué importa. Las fulguritas son huellas de vidrio que dejan los rayos, y su estudio puede ayudar a entender cómo surgieron algunos ingredientes químicos de la vida.

DATO 5El diamante y el grafito son el mismo elemento

El diamante y el grafito, el material de la mina de los lápices, son muy diferentes: el diamante es el material natural más duro conocido, transparente y brillante, y el grafito es blando, negro, opaco y se desmenuza fácilmente. Y sin embargo, ambos están hechos de lo mismo: carbono puro. La diferencia está en cómo se ordenan sus átomos. Estas formas distintas de un mismo elemento se llaman alótropos.

En el diamante, cada átomo de carbono se une a otros cuatro átomos de carbono mediante enlaces covalentes muy fuertes, formando una red tridimensional rígida, con forma de tetraedros que se repiten en todas las direcciones. Esta estructura es extremadamente estable y difícil de romper, lo que explica la dureza del diamante: en la escala de Mohs, que mide la dureza de los minerales rayándolos, el diamante tiene un 10, el máximo. Solo un diamante puede rayar a otro diamante. Además, como todos sus electrones están comprometidos en los enlaces, no conduce la electricidad, y deja pasar la luz, por eso es transparente. Su alto índice de refracción hace que la luz se refleje y se descomponga en colores dentro de él, dando su característico “fuego” y brillo.

En el grafito, en cambio, cada átomo de carbono se une solo a otros tres átomos, formando capas planas de hexágonos, como un panal de abejas. Dentro de cada capa, los enlaces son muy fuertes, pero entre las capas las uniones son muy débiles, llamadas fuerzas de Van der Waals. Por eso las capas pueden deslizarse unas sobre otras con facilidad, lo que hace que el grafito sea blando y resbaladizo. Cuando escribes con un lápiz, lo que haces es arrancar capas de grafito que se quedan en el papel. El grafito se usa también como lubricante seco. Además, conduce la electricidad, porque cada átomo de carbono tiene un electrón libre que puede moverse a lo largo de las capas. Por eso se usa en los electrodos de las baterías de litio de los móviles y los coches eléctricos, y en los motores eléctricos.

A presión y temperatura normales, el grafito es en realidad la forma más estable del carbono. El diamante se forma en condiciones de presión y temperatura muy altas, a unos 150 a 200 kilómetros de profundidad en el manto terrestre, y sube a la superficie gracias a erupciones volcánicas muy profundas, a través de unas rocas llamadas kimberlitas. La mayoría de los diamantes tienen entre 1.000 y 3.500 millones de años. En teoría, un diamante se transforma lentísimamente en grafito a temperatura ambiente, pero tan despacio que no ocurriría en miles de millones de años. El famoso lema publicitario “un diamante es para siempre”, creado en 1947 para la empresa De Beers, no es del todo exacto, pero en la práctica sí.

Desde 1954, cuando la empresa General Electric logró fabricar los primeros diamantes sintéticos, se pueden producir diamantes en laboratorio, reproduciendo esas condiciones de alta presión y temperatura, o con otras técnicas, como la deposición química de vapor. Hoy, los diamantes de laboratorio son químicamente idénticos a los naturales y se usan en joyería y, sobre todo, en la industria, para herramientas de corte, perforación y pulido.

Hay otros alótropos del carbono sorprendentes. Los fullerenos, como el buckminsterfullereno (C₆₀), con forma de balón de fútbol, descubiertos en 1985, lo que valió el Premio Nobel de Química en 1996. Los nanotubos de carbono, tubos de una millonésima de milímetro de diámetro, muy resistentes. Y el grafeno, una sola capa de átomos de carbono del grafito, aislada por primera vez en 2004 por Andre Geim y Konstantin Novoselov, de la Universidad de Mánchester, usando algo tan sencillo como cinta adhesiva para arrancar capas de grafito. Recibieron el Premio Nobel de Física en 2010. El grafeno es unas 200 veces más resistente que el acero, muy flexible, transparente y excelente conductor.

Por qué importa. El diamante y el grafito muestran que la estructura de los átomos determina las propiedades de los materiales, una idea clave para crear nuevos materiales.

DATO 4El sonido no puede viajar en el vacío

El sonido es una vibración que viaja a través de un medio material, como el aire, el agua o los sólidos, pasando de una partícula a otra. Por eso necesita un medio para propagarse. En el vacío del espacio, donde casi no hay partículas, el sonido no puede viajar. Por tanto, en el espacio no hay sonido, y las explosiones estruendosas y los rugidos de las naves espaciales que aparecen en muchas películas de ciencia ficción son invención. En el espacio real, una explosión sería completamente silenciosa para un observador que estuviera lejos.

Esto se demostró experimentalmente en el siglo XVII. En 1660, el científico irlandés Robert Boyle, con la ayuda de Robert Hooke, hizo un famoso experimento: colocó un reloj con alarma, o una campana, dentro de un recipiente de vidrio y fue sacando el aire con una bomba de vacío. A medida que extraía el aire, el sonido de la campana se oía cada vez más débil, hasta casi desaparecer, aunque se veía que la campana seguía moviéndose. Cuando volvía a dejar entrar el aire, el sonido regresaba. Esto demostró que el sonido necesita aire para propagarse.

El espacio no es un vacío absoluto: contiene algunos átomos y partículas, pero en una densidad muy baja, de solo unas pocas partículas por centímetro cúbico en el espacio interestelar, frente a los billones de billones que hay en el aire. Por eso las ondas sonoras normales no pueden propagarse. Sin embargo, en las nubes de gas del espacio pueden viajar ondas de presión muy grandes, de frecuencias bajísimas. En 2003, los astrónomos detectaron, con el telescopio de rayos X Chandra de la NASA, ondas de presión en el gas que rodea un agujero negro supermasivo en el cúmulo de galaxias de Perseo, que corresponderían a una nota si bemol, unas 57 octavas por debajo del do central del piano, demasiado grave para que la oiga un ser humano. En 2022, la NASA “sonificó” esas ondas, acelerándolas millones de veces para convertirlas en un sonido audible, y el resultado, un sonido grave e inquietante, se hizo viral.

Los astronautas en el espacio sí pueden oír sonidos dentro de su nave o su traje, porque ahí hay aire. Durante un paseo espacial, pueden oír las vibraciones de las herramientas que tocan su traje, que se transmiten a través del material sólido. Y se pueden comunicar por radio, porque las ondas de radio son ondas electromagnéticas, como la luz, que sí viajan por el vacío.

¿Por qué las películas ponen sonido en el espacio? Por razones dramáticas: el silencio total resultaría extraño y menos emocionante para el público. Algunas películas y series han intentado ser más realistas. En 2001: una odisea del espacio (1968), de Stanley Kubrick, las escenas en el espacio exterior son silenciosas, salvo por la respiración de los astronautas dentro de sus cascos. En Gravity (2013), el sonido se oye solo a través de las vibraciones que llegan al traje de los personajes. Y en la serie The Expanse se ha buscado también el realismo. En cambio, en Star Wars, las batallas espaciales están llenas de explosiones sonoras, porque su creador, George Lucas, quería que fueran como las batallas aéreas de las películas de la Segunda Guerra Mundial. El lema de la película Alien (1979) era, precisamente: “En el espacio, nadie puede oír tus gritos”.

En la Luna, que no tiene atmósfera, tampoco hay sonido. Pero en Marte, que tiene una atmósfera fina, sí lo hay. En 2021, el rover Perseverance de la NASA grabó por primera vez sonidos de Marte con sus micrófonos, como el viento y el ruido del helicóptero Ingenuity. Los estudios mostraron que en Marte el sonido viaja más despacio que en la Tierra, unos 240 metros por segundo, y que los sonidos agudos viajan más rápido que los graves.

Por qué importa. En el vacío no hay sonido, porque las vibraciones necesitan un medio para viajar, y la ciencia ha encontrado formas creativas de “escuchar” el universo.

DATO 3El cielo es azul porque el aire dispersa la luz azul

El cielo es azul durante el día por un fenómeno llamado dispersión de Rayleigh, en honor al físico británico Lord Rayleigh (John William Strutt), que lo explicó matemáticamente en 1871. La luz del sol parece blanca, pero en realidad está formada por todos los colores del arcoíris, cada uno con una longitud de onda distinta: el rojo tiene la longitud de onda más larga, y el azul y el violeta, las más cortas.

Cuando la luz del sol atraviesa la atmósfera, choca con las moléculas de los gases del aire, sobre todo nitrógeno y oxígeno, que son mucho más pequeñas que la longitud de onda de la luz. Estas moléculas dispersan la luz, es decir, la desvían en todas direcciones. Pero no dispersan todos los colores por igual: dispersan mucho más la luz de longitud de onda corta. Según la ley de Rayleigh, la dispersión es inversamente proporcional a la cuarta potencia de la longitud de onda: la luz azul, que tiene una longitud de onda de alrededor de 450 nanómetros, se dispersa unas 5 o 6 veces más que la luz roja, de unos 700 nanómetros. Por eso, cuando miramos hacia cualquier parte del cielo, lejos del sol, vemos luz azul dispersada, que nos llega desde todas las direcciones.

¿Y por qué el cielo no es violeta, si el violeta tiene una longitud de onda aún más corta? Hay varias razones. La luz del sol contiene menos violeta que azul, parte del violeta es absorbido en la parte alta de la atmósfera, y, sobre todo, nuestros ojos son más sensibles al azul que al violeta. Nuestras células de la retina que detectan el color, los conos, responden de forma que la mezcla de colores dispersados la percibimos como azul claro.

En los atardeceres y amaneceres, el cielo se vuelve rojizo, anaranjado o rosado. Cuando el sol está cerca del horizonte, su luz tiene que atravesar una capa de atmósfera mucho más gruesa para llegar hasta nosotros, hasta unas 40 veces más que al mediodía. Durante ese largo recorrido, la mayor parte de la luz azul se dispersa y se pierde por el camino, y solo llegan los colores de longitud de onda larga, como el rojo y el naranja. Si además hay partículas en el aire, como polvo, humo de incendios, cenizas volcánicas o contaminación, los atardeceres pueden ser aún más intensos y rojos, como vimos con la erupción del Krakatoa.

Las nubes, en cambio, son blancas porque sus gotitas de agua son mucho más grandes que la longitud de onda de la luz, y dispersan todos los colores por igual, en lo que se llama dispersión de Mie, por el físico alemán Gustav Mie. Por eso también la niebla y la leche son blancas.

El color del cielo depende de la atmósfera de cada planeta. En Marte, cuya atmósfera es muy fina y está llena de polvo rojizo, el cielo de día es de color ocre o marrón rojizo, y los atardeceres son azulados, al revés que en la Tierra, porque las partículas de polvo dispersan la luz azul hacia delante, alrededor del sol. El rover Curiosity fotografió un atardecer azul en Marte en 2015. En la Luna, sin atmósfera, el cielo es negro incluso de día.

La dispersión de Rayleigh también explica por qué el mar parece azul, aunque en el caso del agua influye además que el agua absorbe la luz roja, y por qué las montañas lejanas se ven azuladas. Fue Albert Einstein, en 1910, quien explicó con detalle la dispersión de la luz en los gases a partir de las fluctuaciones de densidad.

Por qué importa. El color azul del cielo y los atardeceres rojos se explican por cómo las moléculas del aire dispersan la luz, un fenómeno que también permite estudiar las atmósferas de otros planetas.

DATO 2Los imanes pierden fuerza si se calientan mucho

Por encima de una determinada temperatura, llamada punto de Curie o temperatura de Curie, los imanes permanentes pierden su magnetismo. Para el hierro, el punto de Curie está en unos 770 °C; para el níquel, en unos 358 °C; para el cobalto, en unos 1.115 °C; y para los potentes imanes de neodimio, que se usan en los auriculares, los motores eléctricos y los discos duros, está en torno a los 310 a 400 °C, según su composición.

Para entenderlo, hay que saber cómo funciona un imán. En los materiales ferromagnéticos, como el hierro, el níquel y el cobalto, los átomos se comportan como pequeños imanes, porque sus electrones tienen una propiedad llamada espín, que genera un pequeño campo magnético. En estos materiales, los pequeños imanes atómicos tienden a alinearse en la misma dirección en pequeñas zonas llamadas dominios magnéticos. Si la mayoría de los dominios apuntan en la misma dirección, el material se comporta como un imán.

Pero el calor hace que los átomos vibren con más fuerza. A medida que aumenta la temperatura, esa agitación térmica va desordenando la alineación de los imanes atómicos. Al llegar al punto de Curie, la agitación es tan fuerte que los imanes atómicos se desordenan por completo y apuntan en direcciones al azar, y el material pierde su magnetismo permanente: pasa a ser paramagnético, es decir, solo es atraído débilmente por un imán externo. Si el material se enfría de nuevo por debajo del punto de Curie, puede volver a ser ferromagnético, pero no recupera su magnetización original a menos que se vuelva a imantar con un campo magnético externo.

El punto de Curie lleva el nombre del físico francés Pierre Curie, que lo estudió en 1895 en su tesis doctoral sobre las propiedades magnéticas de los materiales. Pierre Curie es más conocido por su trabajo con su esposa, Marie Curie, sobre la radiactividad, con la que compartió el Premio Nobel de Física en 1903.

Este fenómeno tiene aplicaciones sorprendentes. Una de las más importantes está en la geología: el paleomagnetismo. Cuando la lava de un volcán se enfría y se solidifica, los minerales magnéticos que contiene, como la magnetita, al bajar de su punto de Curie, se magnetizan en la dirección del campo magnético de la Tierra en ese momento, y conservan esa orientación durante millones de años, como una brújula fosilizada. Estudiando las rocas del fondo del océano, los científicos descubrieron en los años 60 unas bandas de rocas con magnetización alternada a ambos lados de las dorsales oceánicas, que mostraban que el campo magnético de la Tierra se había invertido muchas veces, y que el fondo marino se expandía. Esto fue una prueba clave de la tectónica de placas. El paleomagnetismo también permite reconstruir cómo se han movido los continentes.

Otra aplicación está en la cocina: algunas ollas y placas de inducción usan materiales con un punto de Curie concreto para controlar la temperatura. Y algunos soldadores eléctricos de temperatura controlada usan una punta con una aleación que pierde su magnetismo a una temperatura determinada, lo que desconecta el calentamiento automáticamente.

Por eso también conviene no exponer los imanes de los aparatos a temperaturas altas, porque pueden perder parte de su fuerza, algo que ocurre incluso por debajo del punto de Curie, aunque de forma reversible. Y los golpes fuertes también pueden desordenar los dominios y debilitar un imán.

Por qué importa. El punto de Curie muestra cómo el calor desordena los átomos, un fenómeno que ha permitido a los geólogos leer la historia del campo magnético y el movimiento de los continentes.

DATO 1Mezclar maicena y agua crea un “líquido” que se vuelve sólido

La mezcla de maicena (almidón de maíz) y agua, en una proporción de alrededor de dos partes de maicena por una de agua, es un fluido no newtoniano. Se comporta de forma muy extraña: si la remueves despacio o metes la mano con suavidad, fluye como un líquido espeso. Pero si la golpeas con fuerza, la aprietas rápidamente o la aplastas, se endurece de golpe y se comporta como un sólido. Puedes hacer una bola apretándola entre las manos, pero en cuanto dejas de presionar, se derrite y gotea entre los dedos. En inglés se le llama a veces oobleck, por un libro del Dr. Seuss.

Los fluidos newtonianos, como el agua, el aceite o el alcohol, llamados así por Isaac Newton, que estudió su comportamiento, tienen una viscosidad, es decir, una resistencia a fluir, que es constante: no cambia aunque los muevas más rápido o más despacio, solo cambia con la temperatura. Los fluidos no newtonianos, en cambio, cambian su viscosidad según la fuerza o la velocidad con la que se los mueve.

La mezcla de maicena es un tipo concreto de fluido no newtoniano llamado espesante por cizalla o dilatante: se vuelve más viscosa, más “dura”, cuanto más fuerza se le aplica. ¿Por qué? La maicena no se disuelve en el agua: sus partículas de almidón, de unos pocos micrómetros, quedan suspendidas en el agua. Cuando la mezcla se mueve despacio, el agua actúa como lubricante entre las partículas, que pueden deslizarse unas sobre otras. Pero cuando se aplica una fuerza rápida, las partículas no tienen tiempo de apartarse, el agua se escapa de entre ellas, y las partículas se atascan y se bloquean entre sí, por la fricción entre ellas, formando una estructura rígida momentánea. Estudios de 2012 y 2014 de la Universidad de Chicago y otros centros explicaron este fenómeno con más detalle, usando imágenes de alta velocidad: al golpear la mezcla, se forma un frente de partículas atascadas que se propaga por la mezcla y la endurece.

Gracias a esta propiedad, incluso se puede correr sobre una piscina llena de esta mezcla, como se ha demostrado en programas de televisión y experimentos, como en el programa de ciencia MythBusters o en eventos escolares: mientras corres, cada pisada rápida endurece la superficie y te sostiene. Pero si te quedas quieto, empiezas a hundirte lentamente, como en arenas movedizas, y es difícil salir tirando rápido de las piernas.

Hay otros fluidos no newtonianos en la vida cotidiana, con comportamientos diferentes. El kétchup es un fluido que se vuelve más líquido cuando se agita o se golpea, un fluido pseudoplástico o que se adelgaza por cizalla: por eso cuesta sacarlo del bote y luego sale de golpe. La pintura también: es espesa en el bote, para que no gotee de la brocha, pero se extiende con facilidad al pintar. La sangre es otro fluido no newtoniano, que se vuelve más fluida a mayor velocidad. La arena movediza, el yogur, la mayonesa, la pasta de dientes y el moco también son fluidos no newtonianos.

Los fluidos espesantes por cizalla tienen aplicaciones prácticas interesantes. Se investigan para fabricar chalecos antibalas y protecciones más ligeras y flexibles: un tejido impregnado con un fluido de este tipo es flexible en uso normal, pero se endurece ante un impacto. También se usan en algunas protecciones deportivas, como rodilleras y coderas para esquiadores o motoristas, en materiales como el D3O, que es blando y flexible pero se endurece al recibir un golpe, y en fundas de móviles. Además, se estudian para amortiguadores y sistemas de frenado.

La mezcla de maicena es un experimento muy popular en las escuelas porque es barato, seguro y muy llamativo. Eso sí, no hay que tirarla por el desagüe, porque puede atascarlo: es mejor dejarla secar y tirarla a la basura.

Por qué importa. La mezcla de maicena muestra que la frontera entre sólido y líquido no siempre es clara, y ese comportamiento se aprovecha para fabricar protecciones que se endurecen ante los golpes.

Resumen de los 10 datos

1. Mezclar maicena y agua crea un “líquido” que se vuelve sólido.
2. Los imanes pierden fuerza si se calientan mucho.
3. El cielo es azul porque el aire dispersa la luz azul.
4. El sonido no puede viajar en el vacío.
5. El diamante y el grafito son el mismo elemento.
6. La arena puede convertirse en vidrio con un rayo.
7. Las nubes pesan cientos de toneladas.
8. Un huevo flota en agua muy salada.
9. El agua no siempre hierve a 100 °C.
10. Una uva en el microondas puede crear plasma.

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