Efecto Leidenfrost

Nos comenta nuestro compañero José María que la pasada semana, en el Hormiguero 3.0, Marron nos mostraba este bonito efecto:

Se trata del efecto Leidenfrost, que se produce al dejar caer una gota de agua en un objeto caliente o enfriar un objeto por inmersión en un líquido. En ambos procesos el líquido entra en ebullición violenta cuando se pone en contacto con el cuerpo caliente, pero cuando la diferencia de temperatura entre el objeto y el líquido es importante se puede apreciar un efecto bastante llamativo en el que el cuerpo se ve recubierto por una capa de vapor que mantiene al líquido aislado. Cuando la diferencia de temperaturas ya no es significativa, esta capa desaparece y el contacto térmico entre cuerpo y líquido mejora abruptamente.

La persistencia de las gotas de agua sobre superficies a altas temperaturas fue descrita por el físico alemán Johann Gottlieb Leidenfrost, quien colocó pequeñas gotas de agua en una cuchara metálica al rojo incandescente, la cual estaba sometida constantemente al fuego. Observó que una vez que la cuchara había adquirido el color rojo, al colocar una gota, ésta permanecía líquida durante un minuto aproximadamente.

El efecto Leidenfrost también aparece en el siguiente vídeo, en el que se puede ver cómo la bola permanece muy caliente durante un tiempo en el que no pasa nada y de repente sale una columna de vapor y la bola se enfría casi al momento. 

Al ser la temperatura de la bola mucho mayor que el punto de ebullición del agua, el agua alrededor de la bola se evapora tan rápidamente que el vapor se queda atrapado entre la superficie caliente y el agua no evaporada. Ese vapor actúa como aislante térmico que aísla el calor de la bola del resto del agua. Más tarde la temperatura de la bola desciende, el agua ya no se evapora tan rápidamente y la capa de vapor se pierde. Desaparece el efecto aislante y el agua entra en contacto directo con la bola haciendo que se enfríe más rápidamente, casi de repente.

Una forma fácil y rápida de comprobar el efecto Leidenfrost es echando unas gotas de agua sobre una sartén caliente: las gotas tardan menos tiempo en evaporarse cuando la sartén está menos caliente que cuando la sartén se pone más caliente y se supera el punto de Leidenfrost: entonces las gotas de agua se vuelven locas pero sobreviven sobre la sartén, sin evaporarse, durante más tiempo. 

Conservación de la Energía

"Una de las demostraciones más famosas que he hecho a lo largo de los años pone en riesgo mi vida, al colocar mi cabeza en plena trayectoria de una bola de demolición (una versión reducida de una bola de demolición, todo sea dicho, pero que podría matarme fácilmente, te lo aseguro). Mientras que las bolas que utilizan los equipos de demolición se fabrican con una lenteja, o peso esférico, de unos 1.000 kilos, la mía lleva una de 15 kilos. De pie a un lado de la sala de conferencias, con la espalda pegada a la pared, sostengo la lenteja junto a la barbilla. Al soltarla, he de tener cuidado para no darle ningún tipo de impulso, ni siquiera un pequeño empujoncito. El más mínimo impulso, seguro que me hará daño (o, como digo, posiblemente incluso podría matarme). Les pido a mis alumnos que no me distraigan, que no hagan ruido e incluso que contengan por un momento la respiración; si no, esta podría ser mi última clase.

He de confesar que cada vez que realizo esta demostración siento una descarga de adrenalina cuando la bola vuelve hacia mí; aunque estoy seguro de que la física me salvará, siempre me pone nervioso estar ahí mientras la bola vuelve volando hacia mí hasta rozarme la barbilla. Instintivamente, aprieto los dientes. ¡Y reconozco que también cierro los ojos! ¿Qué, te preguntarás, es lo que me mueve a hacer esta demostración? Mi confianza ciega en uno de los conceptos más importantes de toda la física: la ley de conservación de la energía."

Fuente: "Por amor a la física" de Water Lewin.

Líneas de campo y superficies equipotenciales

El siguiente APPLET nos permite visualizar el campo gravitatorio (flecha roja) en un punto, las líneas de fuerza o de campo (de color verde), las líneas equipotenciales (zonas rosas de diferente intensidad de color) y una visión tridimensional de las líneas equipotenciales. Con el ratón podemos modificar tanto la posición (arrastrando) de los microplanetas como su masa (clicando).

El campo gravitatorio que crea una masa puntual es un vector radial dirigido hacia la partícula que crea el campo, su valor disminuye con la distancia de separación y se representa mediante las líneas de campo, que son líneas tangentes en cada punto a la dirección del vector campo gravitatorio, con origen en el infinito y que llegan a las partículas materiales (sumideros), nunca se cruzan. La densidad espacial de las líneas es proporcional al módulo o valor de la intensidad del campo.

Los campos escalares se representan mediante superficies equiescalares, que son el lugar geométrico de los puntos con el mismo valor para la magnitud escalar. En el caso del potencial gravitatorio se llaman superficies equipotenciales. El trabajo para desplazar una partícula de un punto a otro de una superficie equipotencial es cero, lo que implica que las superficies equipotenciales son perpendiculares a las líneas de campo y este se dirige hacia potenciales decrecientes. Cuando el campo gravitatorio está creado por una masa puntual, las superficies equipotenciales son superficies esféricas concéntricas con la masa.

El eclipse híbrido de Sol y el sonido del espacio

Este domingo, 3 de noviembre, será visible un eclipse híbrido o anular/total de Sol y podrá ser visto vía streaming en internet, gracias al PROYECTO EUROPEO GLORIA que realizará una retransmisión en directo desde la república de Kenia, al este del continente africano, a partir de las 9 horas de mañana domingo.

Un eclipse solar ocurre cuando la Luna pasa entre el Sol y la Tierra, y la luna bloquea parcial o totalmente al Sol desde el punto de vista terrestre. En un eclipse total (como el que podrá ser visible por Internet), el disco del Sol es oscurecido totalmente por la Luna. Este eclipse en particular es de los llamados "híbridos", pues comenzará como uno anular, y evolucionará hacia un eclipse total, como consecuencia de la curvatura de la superficie de la Tierra que hace que unas ubicaciones geográficas encajen dentro de la umbra de la Luna mientras que otras posiciones que se encuentran más distantes entran en la antumbra de la Luna.

En la mayoría de los eclipses híbridos el sendero central inicia con un eclipse anular, cambia a total a mitad del trayecto y se revierte a un eclipse anular hacia el final del sendero. Sin embargo, este eclipse será distinto porque en medio del trayecto es anular y termina siendo total. Dado que los eclipses híbridos ocurren cerca del vértice de las sombras de la umbra y antumbra de la Luna, el sendero central es muy estrecho.

La fase máxima del eclipse ocurrirá en el Atlántico a las 12:47 UTC. En este instante el eje de la sombra de la Luna hará su máximo acercamiento al centro de la superficie de la Tierra. La duración de la fase máxima será de 1 minuto y 39 segundos. Estos son los tiempos de las fases:

10:04 UTC: Inicia la fase parcial del eclipse.

11:05 con 17 segundos UTC: Inicia la fase anular del eclipse.

11:05 con 36 segundos UTC: El eclipse cambia de anular a total.

12:47 UTC: Fase máxima del eclipse.

14:27 UTC: La fase total concluye.

15:28 UTC: La fase parcial concluye.

La fase total de este eclipse híbrido será visible dentro de un corredor que atraviesa el Atlántico Norte y África ecuatorial. El eclipse parcial será visible dentro de una zona más amplia que incluye casi toda África, el Noreste de América del Norte (en México será visible solamente en una pequeña zona en la península de Yucatán), el Noreste de Sudamérica, el Sur de Europa, el Caribe y casi toda Centroamérica.

Para saber si en tu ciudad se podrá observar el eclipse y la hora en que ocurrirá, consulta este MAPA. Haz clic sobre tu ubicación y aparecerán las horas (en UTC) del inicio, fase máxima y final del eclipse desde tu ubicación. También podrás observar una imagen que te muestra qué zonas del Sol se oscurecerán durante las tres fases. Recuerda que no debes mirar al Sol directamente sin la protección adecuada. Si vas a utilizar prismáticos o telescopios estos deberán tener los filtros solares adecuados para poder observar el eclipse.

Este será el último eclipse del año. En el 2014 habrá 4 eclipses: Dos eclipses totales de Luna, un eclipse anular de Sol y un eclipse parcial de Sol.

Por otro lado, la Voyager 1 ha abandonado la heliosfera. Un corto pitido captado por el instrumento de ondas de plasma de la sonda nos indica que nuestro emisario ha dejado atrás el enorme campo magnético que rodea a nuestra estrella. Dentro de esa enorme esfera inflada por los vientos solares podemos decir que estamos en casa, fuera el espacio interestelar, nuestro vecindario cósmico.

Dentro de la helioesfera los tonos captados por la Voyager eran bajos, no superaban los 300 Hz, algo típico de las ondas de plasma provenientes de nuestra lejana estrella. Pero algo hizo sobresaltarse a los responsables de la vieja sonda hace unos pocos meses, un pico de entre 2-3 kHz señalaba que el viajero había cruzado una frontera. El denso gas del medio interestelar se muestra en estas frecuencias, y ningún humano había escuchado este sonido con anterioridad.

El profesor Gurnett monitoriza los datos que llegan de este pequeño instrumento que aún se mantiene en funcionamiento gracias a la fuente radiactiva que alimenta la nave. “Estamos en un territorio totalmente desconocido” matiza Gurnett, “y aún esperamos sorpresas inesperadas”, ondas de plasma que no han sido generadas por nuestro sol, ecos de otras estrellas atravesando a un emisario de la humanidad.

Fuentes: El Universo Hoy. Emol.milesdemillones.

Experimentos a gravedad cero

Se puede comprobar fácilmente que la ingravidez  de los astronautas en órbita tiene que ser aparente, porque están muy cerca de la Tierra, a menos de 500 km, y allí la gravedad es solo algo inferior a g₀.

Lo que sucede realmente es que los astronautas están en caída libre circular a la Tierra con la misma aceleración que sus naves, y eso provoca una pérdida aparente de peso similar a la que se produce en un ascensor cuando inicia la bajada (en ambos casos, una báscula indicaría peso nulo). Si no fuese así el astronauta chocaría contra el suelo de la estación (o la pared) y le parecería que existe una gravedad artificial dentro de la estación espacial.

Mira los experimentos a gravedad cero explicados por el astronauta Dan Pettit.

Caída libre en la Luna

La masa es una magnitud física que nos indica cuánta materia tiene un cuerpo. Para tal fin, la masa se manifiesta como inercia, es decir, indica la resistencia que presenta ese cuerpo a modificar su estado de movimiento. Cuando la masa se define de esa manera, hablamos de masa inerte, mi = F̄ / ā.

Sin embargo, la masa tiene una segunda capacidad que no guarda ninguna relación con la inercia. La masa es origen de la interacción gravitatoria, que en el caso de los objetos próximos a la Tierra llamamos peso. Cuando la masa se estudia como origen del peso o, en general, fuente del campo gravitatorio, se denomina masa gravitatoria, m_g = F̄_g / ḡ = P̄ / ḡ.

Midiendo la aceleración que produce la fuerza de la gravedad, m_i · ā = m_g · ḡ₀ --> ā = (m_g / m_i) · ḡ₀, en muchos experimentos diferentes, con objetos de masas diferentes (por ejemplo en movimientos de caída libre), se comprueba que siempre es igual, luego hay una  equivalencia de las masas inerte y gravitatoria (m_i = m_g) y todos los cuerpos caen con idéntica aceleración independientemente de su masa, ā = ḡ₀.

En los experimentos más recientes se ha confirmado la equivalencia entre los dos tipos de masa con una precisión de, como mínimo, una parte en 10²⁰.

En un vídeo grabado en julio de 1971 en la Luna, durante la misión Apolo 15, el astronauta David R. Scott demostró que dos objetos con masas diferentes caen a la misma velocidad en ausencia de aire.

La física de Riddick

Richard B. Riddick es el protagonista de 3 películas y un videojuego al que pronto se le unirá otro más. Pitch Black y Las Crónicas de Riddick conforman, junto a la reciente estrenada Riddick, la trilogía de ciencia ficción protagonizada por Vin Diesel.

Todas las historias se desarrollan en nuestro universo pero en un futuro extremadamente lejano, donde los hombres han colonizado multitud de planetas y sistemas solares. Más aún, están totalmente establecidos en otros mundos, con ciudades y sociedades perfectamente organizadas. Se hacen alusiones a París y a la Tierra, así que no se trata de ninguna realidad alternativa, por lo tanto supondremos que las leyes de la física son las mismas que las nuestras. Podríamos empezar hablando ya de la dificultad, casi imposibilidad, que entraña la colonización de otro sistema solar. No por la capacidad que tenga un planeta de sostener la vida, si no por cómo llegar hasta él. En el cine siempre se parece olvidar lo inmenso que es el Universo. El sistema solar más cercano al nuestro es Alfa Centauri y se encuentra a 4,36 años luz. Aún viajando a la velocidad de la luz, cosa imposible, serían más de 4 años de viaje. Los objetos más rápidos construidos por el hombre son las sondas Voyager I y II, que se mueven a unos 56.000 kilómetros por hora. A esa velocidad tardarías unos 80.000 años en llegar. ¿Qué clase de tripulación aguanta 80.000 años? Y también qué clase de nave o de combustible. ¿Antimateria quizás? Aún suponiendo que llegásemos a Alfa Centauri, solo serían 3 estrellas en mitad de la nada. No se conoce que haya planetas en ese sistema y si los hubiese sería bastante complicado que fuesen habitables. Pero bueno, por algo se llama ficción, y si no, no hay película, así que pasemos esto por alto.

En la nave en la que viaja nuestro protagonista van todos criogenizados. Es un viaje de 41 semanas y nadie vigila que algo vaya mal. Evidentemente, algo va mal. Dos pilotos se despiertan y les vemos caminar “tranquilamente” por la nave. La nave posee gravedad propia, artificial por supuesto. Sin embargo la nave es como un camión, y no la vemos girar sobre un eje. La única manera actual de crear gravedad artificial es por medio de la rotación y la fuerza centrífuga.

La nave cae en un planeta que por supuesto tiene oxígeno, aunque poco, y una gravedad como la nuestra. El planeta orbita un sistema de 3 estrellas en el que nunca hay noche porque siempre hay al menos una estrella en el horizonte. Así que mientras contemplan una puesta de sol rojiza, una estrella azul aparece a su espalda. Queda muy bonito y permite un juego de luces bastante interesante, pero hay que tener en cuenta que las estrellas azules emiten 10 veces más calor que las rojas, así que o está mucho más lejos, o nuestros amigos tendrían que achicharrarse en cuestión de tiempo. Sin embargo, una maqueta que encuentran nos muestra que no solo no está más lejos, sino que hay momentos en los que está mucho más cerca, aunque como se puede ver más tarde, están en la época del año que más alejados están de la estrella azul. Una suerte. 

Vamos a situarnos en la mitad de la segunda película, cuando Riddick es conducido a la cárcel del planeta Crematoria. Es un planeta bastante… inapropiado para la vida. Según nos cuenta, la temperatura de su superficie oscila entre los 700º por el día y los -300º por la noche. Damos por hecho que se trata de grados Fahrenheit, ya que el cero absoluto en grados Celsius es de -273º. Así que, para entendernos mejor, la temperatura oscila entre los 371º C y los -184º C. Aún así, muy malas condiciones. No es imposible que un planeta tenga estas condiciones, aunque si es discutible que sea como en la película. Mercurio se encuentra a una distancia de entre 46 y 70 millones de kilómetros del Sol, muy cerca. Además tiene un periodo de rotación muy largo, que nos da casi 30 días de exposición continua al Sol. Esto, unido a la falta de atmósfera, hace que su superficie alcance los 426º C. La Tierra está mucho más lejos que Mercurio y no alcanza ni por asomo tales temperaturas. Ni siquiera en los polos, donde hay 6 meses de noche continua. temperatura se alcanza al final del día, cuando el Sol lleva calentando muchísimas horas la superficie. Pero estamos en Crematoria, un planeta con atmósfera y con un período de rotación parecido al nuestro. Sin embargo en la película podemos ver como nada más incidir el sol en la superficie, convierte todo en un infierno de fuego y explosiones, la verdad, muy poco creíble, ya que si por la noche hay temperaturas tan bajas, parece imposible que de golpe la temperatura aumente de tal manera. En el otro extremo tenemos los -184º C que hay por la noche. En un planeta que tendría que estar tan magníficamente cerca de su estrella como para alcanzar semejantes temperaturas durante el día, es difícil creer que en 12 horas la temperatura disminuya casi 600 grados. 

Otra incongruencia la vemos en el hangar donde se refugian. Fuera el calor es tal que los cuerpos se consumen, sin embargo parece que refugiarse un par de metros a la sombra reduce la temperatura en unos cientos de grados. Habiendo atmósfera como la hay, el aire tendría que calentarse y por supuesto entrar en el hangar donde todos morirían a causa de esto. En cambio vemos a Riddick observando desde el microclima del hangar como otro personaje se deshace en cenizas solo a unas decenas de metros de el. Quién sabe, igual estaba climatizado.

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