Archivo mensual: agosto 2008
En ocasiones, cuando nos encontramos frente a una cortina de agua de lluvia con el Sol a nuestra espalda, podemos observar un fenómeno óptico conocido como arco iris. Pero no solamente en la lluvia, también en la neblina o en una cascada o, en general, frente a agua lo suficientemente pulverizada.
Este efecto se debe a que las gotas de agua se comportan como prismas y descomponen la luz que las atraviesa en todos los colores del espectro luminoso. ¿Y cómo es eso?
Cuando un rayo de luz topa con un objeto, determinadas longitudes de onda son absorbidas mientras otras son reflejadas. El color asociado a aquellas que rebotan es el que nuestros ojos perciben y por ello decimos que el objeto en cuestión es de determinado color. Ahora bien, cuando el objeto con el que la luz topa no es sólido o bien siéndolo no opone resistencia o pone poca al paso de la luz (objetos transparentes o translúcidos) la luz los atraviesa. Pero este cambio en el medio de propagación provoca un cambio en su velocidad, lo que se nos muestra como un cambio de dirección de aquellos rayos de luz que inciden oblicuamente.
La siguiente imagen aclarará lo dicho.
El rayo de luz incide oblicuamente sobre la superficie del agua y, al atravesarla sufre la refracción que se concreta en un cambio del ángulo con respecto a la perpendicular. Pero cada una de las diferentes longitudes de onda que componen la luz blanca se ve refractada de diferente manera porque la velocidad de propagación es diferente para cada una de ellas. Esto se traduce en diferentes ángulos de refracción para cada una en un fenómeno que se conoce como dispersión de la luz, mostrando a nuestros ojos el espectro de luz visible del rojo al violeta, cuando el rayo ya ha atravesado el medio líquido (en este caso la gota de agua) que se ha comportado como un prisma.
También, casi sin pretenderlo, hemos dado respuesta a la cuestión de ordenación de los colores, y ya sabemos por qué el rojo se encuentra en el extemo superior y el violeta en el inferior: el rojo tiene la longitud de onda más larga y el violeta la más corta.
Pero no siempre que llueve vemos el arco iris. ¿Cuándo lo vemos y cuando no?
En la imagen de la izquierda se puede ver la luz del Sol incidiendo oblicuamente sobre la superficie de la gota y refractándose al cambiar de medio de propagación. Después se refleja en el fondo cóncavo de la parte posterior de la gota y vuelve a refractarse al salir de ella.Por supuesto que no toda la luz se refracta o se refleja. Cuando el rayo de luz topa con la gota se refracta, pero otra parte se refleja. Cuando se refleja en la pared posterior de la gota una parte de luz se refracta al pasar al aire, Y en la última refracción también se produce reflexión. Ocurre que ahora no las tenemos en cuenta para simplificar y que el ejemplo se comprenda mejor. Al igual que tratamos la gota de agua como un círculo cuando en realidad es una esfera.Ahora bien, ya sabemos que la cortina de agua debe estar frente a nosotros (y alrededor según el caso, pero cuenta la parte que tenemos enfrente que es donde se mostrará el arco iris) y que el sol debe estar a nuestra espalda y por encima de nosotros. Pero el arco no ocupa todo el cielo y tampoco lo hace siempre. Todas las gotas dispersan el agua, pero solamente apreciamos el efecto en algunas de ellas. Concretamente aquellas cuyo rayo refractado forma un ángulo de 40º a 42º teniendo en cuenta la línea que representa la incidencia de luz solar y la línea imaginaria que une el rayo refractado con el ojo del observador.
Expliquemos esto un poco mejor.
Una determinada gota de agua refracta la luz y la devuelve al observador formando un ángulo mayor de 42º o menor de 40º, lo que se corresponde a una longitud de onda no visible. Resultado: no vemos nada reflejado.
Una determinada gota de agua refracta luz y la devuelve al observador formando un ángulo que va de 40º a 42º, lo que se corresponde con el espectro de luz visible. Resultado: vemos el arco iris.
Esto quiere decir que una gota que refracte la luz solar con un ángulo de 42º la veremos de color rojo (a ella y a todas aquellas con la misma característica) y a la que lo haga con un ángulo de 40º la veremos de color violeta (a ella y a todas aquellas con la misma característica). O lo que es lo mismo, veremos unas gotas de color rojo, “unas cuantas gotas más abajo” las veremos de color naranja, “unas cuantas gotas más abajo” las veremos amarillas… y así hasta completar los siete colores del arco iris en el espacio de 2º de arco.
¿Y por qué no las vemos dispuestas en línea recta como si se tratase de un pentagrama, o en forma triangular, o cuadrada, o en forma de estrella, por poner unos ejemplos?
Pues no, apreciamos el efecto en forma de arco —aunque en realidad es un círculo que el horizonte no nos permite contemplar en su totalidad— debido a que la gotas de agua que se nos muestran están dispuestas de esa manera, es decir, en círculo, Y ese círculo es la base de un cono con vértice en los ojos del observador y con un eje paralelo a los rayos del sol que inciden en las gotas, tal como muestra la imagen.
Nota sabionda: En realidad el número de reflexiones que se producen en el interior de la gota pueden ser más de dos (dependiendo de por dónde entre la luz) lo que puede dar lugar a la aparición de dos arcos iris: el primario más fuerte e interior y el secundario más débil y exterior y con los colores en orden invertido. Y la cosa se puede complicar como se puede apreciar aquí.
Nota sabionda: Como el ángulo para ver el arco iris siempre es de 40º-42º, cuanto más bajo esté el sol más alto se ve el arco iris, llegando a convertirse el arco visible en una circunferencia cuando el sol está sobre el horizonte.
Respuesta a una consulta de Yuliana Ferreira
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Una noticia —con tintes veraniegos— aparece en la prensa de hoy, y es traída aquí como contrapunto a lo comentado aquí y como corrección o excepción a lo comentado aquí.
Es éste el caso de unos hermanos, no ya gemelos sino trillizos, que comparten ADN y unas huellas digitales idénticas, siendo este último punto algo prácticamente imposible. Tanto que hasta la policía científia española envió tres agentes a su domicilio en San Vicenç de Montalt, en la comarca catalana del Maresme, a comprobar y reconocer tal extremo.
Los hermanos Jean Paul, Armin y Hans Kempf Ribas tienen casi un año y 4 meses puesto que nacieron el 29 de abril del 2007 tras un embarazo muy complicado que no llegó ni a los siete meses. Desde el primer día de vida dejaron pasmados a propios y extraños por un enorme parecido físico que obligó a sus padres a ponerles una pulsera de distinto color a cada uno de ellos para diferenciarlos. Si no fuera por la pulsera, solo queda una solución para no confundirlos, un recurso al que sus padres todavía se aferran cuando surge la duda: el ombligo.
Los trillizos Kempf Ribas tienen el mismo ADN y sus marcas digitales son idénticas, porque proceden de un único óvulo que al iniciar el embarazo se dividió en tres, y porque se han gestado en una sola placenta, que de forma espontánea se compartimentó separando a cada uno de los demás con membranas internas. Lo que permitió que cada uno tuviera su líquido amniótico individual y no se produjeran desequilibrios en la formación de los tres cuerpos.
Esta gestación constituye una rareza pues apenas un 2% de los embarazos múltiples dan lugar a un parto de trillizos genéticamente idénticos y, de estos, sólo el 2% lo hacen dentro de bolsas amnióticas individuales en una sola placenta. Aún así es la segunda vez en la historia hospitalaria de Catalunya que se produce un parto de trillizos surgidos de una gestación monocorial y triamnótica. La primera fue en 1999, consecuencia de una fertilización in vitro. En Europa se sabe de dos nacimientos similares, uno en 1995 en Francia, y otro en agosto de 2007 en Austria.
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Seguro que a más de un curioso le ha llamado la atención la considerable diferencia de tamaño de las ruedas de algunos tractores y se ha preguntado por qué esto es así.
Un tractor es un vehículo automotor que, como su propio nombre indica, produce tracción. Y está concebido para arrastrar arados, rastrillos y otros aparatos agrícolas o para tirar de remolques gracias a que sus ruedas se adhieren fuertemente al terreno.
La mayoría de ellos utiliza tracción a las cuatro ruedas para poder moverse por los accidentados terrenos en los que son necesarios y los perfiles de éstas son muy anchos —igual que ocurre con los vehículos todoterreno— para poder agarrarse mejor al suelo y no derrapar frecuentemente.
Ahora bien, para proporcionar la enorme fuerza de tracción que se les exige, los tractores deben tener mucha potencia, lo que se traduce en vehículos de gran peso. Si la superficie de contacto con el terreno fuera muy reducida, el peso se concentraría en poco espacio y su rendimiento se vería notablemente reducido. La solución es colocar unas ruedas no solamente más anchas sino más grandes, distribuyendo así su peso sobre una superficie mayor.
Pero ¿qué pasa cuando el tractor tira de un remolque? Si tanto las ruedas delanteras como las traseras fueran del mismo tamaño existiría el peligro de que un remolque muy pesado presionara al tractor hacia abajo por su parte posterior provocando que las ruedas delanteras perdieran contacto con el terreno. Pero con unas ruedas traseras mucho mayores el tractor puede soportar mejor el peso del remolque y se evita el problema.
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Para el salto de esquí, el esquiador debe subir una gran altura que puede superar los 100 metros y dejarse caer por una empinada pendiente para ganar velocidad antes de elevarse por los aires.
Para que el salto alcance la mayor longitud posible es muy importante la postura que adopte el cuerpo del saltador, que debe estar inclinado hacia delante en la dirección del salto para ofrecer un perfil más aerodinámico.
También se han de mantener los esquies algo oblícuos respecto a la dirección del vuelo, para conseguir el efecto —similar al que consiguen los aviones con sus alas ligeramente inclinadas— de mantenerse en el aire.
Esta posición algo volcada de los esquíes hace que el aire circule más rápido por encima que por debajo, y esta diferencia de velocidad provoca que por encima del plano aerodinámico se origine un área de baja presión, mientras que por debajo aparecerá, de forma simultánea, un área de alta presión. Como resultado, estas diferencias de presiones por encima y por debajo de los esquíes provocan que la baja presión lo succione hacia arriba, creando una fuerza de levantamiento o sustentación, como si estuviera suspendidos en un colchón de aire.
Cuanto mayor sea la velocidad mayor será la diferencia de presiones y el salto durará más tiempo.
Como el saltador no dispone de más impulso que la aceleración que le proporciona el trampolín, el rozamiento del aire le hace ir perdiendo velocidad y la fuerza de la gravedad acaba poniendo fin a su vuelo.
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Para experimentar el efecto óptico propuesto es necesario ejecutar el siguiente video y seguir sus instrucciones. A saber:
- mantenerse cerca de la pantalla (40 o 50 cm serán suficientes).
- fijar la vista en el punto central de la espiral.
- cuando la espiral desaparezca mantener la mirada en la imagen siguiente.
Por supuesto, te garantizo que no aparecerá ningún zombi aullante ni ninguna niña del exorcista profiriendo un alarido desgarrador, como ocurre en algunos de estos videos.
¿Qué tal? Alucinante, ¿no?
Ahora prueba como dice el video a mirar el dorso de tu mano en cuanto la espiral deje de girar. También impresiona.
¿Y por qué ocurre esto?
Esta ilusión es un ejemplo de efecto óptico post-movimiento que fue descrito por primera vez por R. Addams en los primeros años del siglo XIX, tras haberlo experimentado después de mantener fija su mirada durante varios segundos en una cascada y después desviar la vista a otro objeto. Es por ello que también se le conoce como “efecto cascada”.
En los años 70 varios psicólogos estudiaron el fenómeno. En un artículo publicado en enero de 1977 en Scientific American por Robert Sekuler y Eugene Levinson, titulado The Perception of Moving Targets, se da la explicación: el cerebro posee diferentes detectores de movimiento para cada una de las direcciones de movimiento posibles. Estos detectores producen una fuerte señal cuando hay movimiento y una señal débil, aunque no nula, cuando no lo hay.
Cuando estos detectores están equilibrados no se percibe movimiento. Pero cuando algunos de ellos se ven fuertemente estimulados por un movimiento en una dirección determinada, se sobreestimulan o fatigan. Así que, cuando el estímulo desaparece, los detectores de movimiento de la dirección contraria producen una fuerte señal durante unos segundos hasta que los primeros se recuperan.
Ocasionando así el efecto óptico mencionado.
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Un huracán, ciclón o tifón —diferentes nombres para lo mismo— es un fenómeno meteorológico consistente en grandes masas de aire que circulan a gran velocidad en forma de espiral y que se desplazan sobre la superficie terrestre. Su diámetro crece a medida que avanza apartándose de las zonas de calma tropicales, donde suele tener origen.
Los mecanismos de formación y mantenimiento de un huracán son complejos pero, en esencia, para que se forme un huracán es necesario:
- que exista una temperatura superior a los 28ºC , lo que permite que el agua del océano comience a evaporarse rápidamente, a subir y a condensarse en forma de nubes en las capas superiores donde la temperatrura es menor.
- que haya la suficiente humedad para que el proceso sea continuado y se cree un centro de baja presión y de gran proyección vertical.
- que exista una contínua entrada de aire frío en las capas altas proveniente de vientos suficientemente débiles como para no romper el proceso.
Entonces, la presencia de viento cálido cerca de la superficie del mar facilita la evaporación y la rápida ascensión, lo que origina una presión negativa que arrastra al aire en forma de espiral hacia adentro y arriba, permitiendo que continue el proceso de evaporacion. La rotación de la Tierra es la que le da el movimiento circular al sistema, que comienza a girar y a desplazarse como un gigantesco trompo.
Este giro es en sentido antihorario en el hemisferio norte y en sentido horario en el hemisferio sur.
Pero… ¿por qué es así? ¿en qué influye la rotación del planeta?
La Tierre gira y con ella la atmósfera que la envuelve. La velocidad de giro o velocidad angular es la misma en el ecuador que en los polos, pero la velocidad lineal no: es mucho mayor en el ecuador. La relación entre ambas se expresa en la siguiente ecuación: v=w.r (a la misma velocidad angular la velocidad lineal es mayor cuanto mayor sea el radio o distancia al eje de giro). Así la velocidad tangencial del aire del ecuador es mayor a la del aire de cualquier otro paralelo. La diferencia de estas velocidades actúa como una sola sobre el aire más pesado y denso que rodea la zona de baja presión e imprime el sentido de giro al huracán: antihorario en el hemisferio norte y horario en el hemisferio sur. Como si en el trompo mencionado con anterioridad liásemos la cuerda en un sentido de giro u otro.
Tanto la rotación, como el desplazamiento sobre la superficie, como la velocidad se explican por el llamado efecto Coriolis.
Este efecto, descrito en 1835 por el científico francés Gaspard-Gustave de Coriolis, es la aceleración relativa que sufre un objeto que se mueve dentro de un sistema de referencia no inercial en rotación cuando varía su distancia respecto al eje de giro. En el caso de una esfera en rotación, los movimientos de un objeto sobre los meridianos resultan afectados por esta fuerza ficticia, ya que dichos movimientos reducen o hacen crecer la distancia respecto al eje de giro.
Nota sabionda: El efecto Coriolis afecta a cualquier móvil que se desplace sobre la superficie terrestre. Son clásicos los ejemplos con disparos de un obús cuya trayectoria se ve desplazada por el giro del planeta, pero es un ejemplo más práctico las correcciones que han de hacer los pilotos para que la trayectoria de sus vuelos no se vea afectada. Aquí se pueden ver unos videos alusivos al tema.
Nota sabionda: El efecto Coriolis es muy débil y solamente se muestra en enormes masas de líquidos y gases como los océanos y la atmósfera, afectando a los vientos y a las corrientes de forma significativa. Es falso, pues, que afecte a la forma de vaciarse los retretes como se afirma. El agua no forma remolinos en un desagüe en sentido antihorario en el mehisferio norte y en sentido horario en el hemisferio sur. La manera en que el agua se va por el sumidero depende de la forma del recipiente, de la situación y tamaño del sumidero y de otros factores similares.
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