La física de lo que tienes a mano.
35 preguntas
Para una persona de pie a la orilla del mar, con los ojos a 1,7 m de altura, el horizonte está a unos 4,7 km en línea recta, y a unos 5 km si se cuenta la curvatura normal de la luz en el aire. La distancia crece con la raíz cuadrada de la altura: a 100 m ya son unos 36 a 39 km.
Un cohete no necesita aire: expulsa gases hacia atrás a varios kilómetros por segundo y, por la tercera ley de Newton, los gases lo empujan hacia adelante. En el vacío rinde incluso más: el motor RS-25 de la NASA da unos 2279 kN de empuje en vacío contra 1859 kN al nivel del mar.
Por el efecto Doppler: mientras la ambulancia se acerca, cada onda de sonido sale un poco más cerca de ti que la anterior, las ondas llegan más juntas y el tono sube; al alejarse, llegan más separadas y baja. A 100 km/h, el salto entre ambos tonos es de casi 3 semitonos.
El agua hierve a menos temperatura en la altura porque la presión del aire es menor: pierde alrededor de 1 °C cada 300 metros, así que a 3.000 m hierve a unos 90 °C y en la cima del Everest, con la presión medida allí en 1981, a unos 72 °C.
El hielo resbala porque sus moléculas de la superficie están mal sujetas y se mueven casi como un líquido, aun bajo cero. Con el roce se suma algo de calor y desorden: el coeficiente de fricción del acero sobre hielo baja a 0,01 cerca de −7 °C, contra 0,5 a −100 °C.
Porque la piel no siente la temperatura del objeto sino la de la zona de contacto, y el metal se lleva el calor mucho más rápido. Con la mano a 37 °C y ambos a 20 °C, la superficie de contacto queda a unos 20,5 °C con el cobre y a unos 32,7 °C con madera dura.
El vidrio es transparente porque sus electrones solo absorben fotones de unos 9 electronvoltios o más, y un fotón de luz visible lleva entre 1,65 y 3,1: la luz pasa sin ser absorbida. Además, al ser amorfo, no tiene granos internos que la dispersen.
Porque el viento se lleva la capa de aire tibio que tu cuerpo mantiene pegada a la piel, y la piel pierde calor más rápido. El aire no está más frío: a −10 °C con viento de 30 km/h, la piel de la cara pierde calor como a −20 °C sin viento.
Porque el aire se calienta desde el suelo, no directamente por el Sol, y el aire que sube se expande y se enfría. En promedio, la temperatura baja unos 6,5 °C por cada 1000 metros de altura; estar unos kilómetros más cerca del Sol no cambia prácticamente nada.
Una bicicleta en marcha no se cae porque, cuando empieza a inclinarse, gira hacia el lado de la caída y las ruedas vuelven a quedar debajo. Lo hace el ciclista con el manubrio y, a unos 15-22 km/h, la bici sola; el efecto giroscópico de las ruedas no es imprescindible: en 2011 se equilibró una bici sin él.
Porque la luz que sale del agua se desvía al cruzar la superficie: el agua tiene un índice de refracción de 1,33 y tu cerebro ubica la parte sumergida donde no está, más arriba. Vista desde arriba, esa parte parece a unas 3/4 de su profundidad real, y la cuchara se ve quebrada justo en la superficie.
Las nubes son blancas porque sus gotitas de agua y cristales de hielo, de unos 10 micrómetros o más, son mucho más grandes que las ondas de la luz (0,4 a 0,7 micrómetros) y dispersan todos los colores casi por igual. Las de tormenta se ven grises porque son tan gruesas que casi no dejan pasar luz hacia su base.
Porque el acero se dilata con el calor, unos 13 milímetros por kilómetro por cada grado. Un tramo de riel de 12 m que pasa de −5 °C a 55 °C al sol se alarga casi 1 cm; el espacio le deja lugar para crecer sin empujar ni deformar la vía.
Un espejo plano no invierte izquierda y derecha ni arriba y abajo: invierte solo el eje perpendicular a su superficie, adelante y atrás. La izquierda-derecha aparece cuando nos imaginamos girando 180° para ponernos en el lugar de la imagen.
Es un espejismo inferior: el aire pegado al asfalto caliente es menos denso y curva hacia arriba la luz que baja del cielo, así que ves un pedazo de cielo sobre la ruta y lo interpretas como agua. Es luz real, se puede fotografiar, y solo aparece a unos 200 metros o más.
Sube porque un litro de helio pesa 0,17 g y el litro de aire que aparta pesa 1,20 g: el aire lo empuja hacia arriba con la diferencia, unos 1,04 g por litro. Un globo de fiesta de 28 cm levanta unos 12 g, así que para alzar a una persona de 70 kg harían falta unos 6000 globos, o más.
Sí: sin aire, todos los objetos caen con la misma aceleración sin importar su masa. En 1971, en la Luna, el astronauta David Scott soltó un martillo de 1,32 kg y una pluma de halcón desde 1,6 metros y ambos tocaron el suelo a la vez; en la Tierra la pluma se retrasa solo porque el aire la frena.
El receptor GPS calcula su posición midiendo cuánto tardan en llegar las señales de al menos cuatro satélites, que llevan relojes atómicos y orbitan a 20 200 km: el tiempo da la distancia a cada uno, y con cuatro distancias se despejan la posición y el error del reloj del receptor.
En el aire a 20 °C, el sonido viaja a unos 343 metros por segundo (1235 km/h), y a 0 °C baja a 331 m/s porque depende de la temperatura. En el agua de mar va a unos 1500 m/s, más de cuatro veces más rápido.
Porque el cuerpo se enfría evaporando sudor, y con el aire húmedo el sudor se evapora más lento. Según el Servicio Meteorológico de Estados Unidos, 38 °C con 55 % de humedad se sienten como 51 °C; con 15 % de humedad, como 36 °C.
Porque con el Sol en el horizonte su luz atraviesa unas 38 veces más aire que al mediodía, y el aire desvía el azul mucho más que el rojo: en aire limpio llega menos del 0,1 % de la luz azul y cerca del 15 % de la roja. El polvo y los aerosoles volcánicos pueden intensificar el rojo.
El mar es azul sobre todo porque el agua absorbe la luz roja unas 70 veces más que la azul: a 10 metros de profundidad queda menos del 1 % del rojo y más del 90 % del azul. El reflejo del cielo suma, pero no es la causa principal; el fitoplancton y los sedimentos lo vuelven verde.
Un pájaro posado en un solo cable no se electrocuta porque sus dos patas están casi al mismo voltaje: entre ellas hay apenas unos milivoltios y no circula corriente. Sí se electrocuta si toca a la vez dos cables, o un cable y el poste; eso mata cada año a millones de aves grandes.
Porque al caminar o rozar telas tu cuerpo junta carga eléctrica por fricción y queda a miles de voltios: hasta 35.000 V al caminar sobre una alfombra con aire seco. Al acercar el dedo a un metal, esa carga salta en una chispa que dura menos de una millonésima de segundo.
Porque al hablar oyes tu voz por dos caminos: por el aire, como todos, y por las vibraciones que viajan por los huesos del cráneo hasta el oído interno. La grabación solo capta la parte que va por el aire, que es la voz que oyen los demás; le falta el refuerzo de los huesos en las frecuencias medias y bajas.
El arcoíris se forma cuando la luz del Sol entra en las gotas de lluvia, se refleja en su fondo y sale desviada: casi toda se concentra a unos 42° del punto opuesto al Sol. Todas las gotas a ese ángulo forman un círculo alrededor de la sombra de tu cabeza, y el suelo tapa la mitad de abajo.
Porque la luz viaja a 300.000 km por segundo y el sonido a unos 340 metros por segundo, casi 900.000 veces más lento. El destello llega en millonésimas de segundo; el trueno tarda unos 3 segundos por cada kilómetro de distancia.
Las estelas son nubes de cristales de hielo: el vapor de agua caliente del escape se mezcla con aire a menos de unos −40 °C, se condensa sobre partículas del humo y se congela al instante. Duran segundos si el aire es seco y horas si está sobresaturado de humedad respecto del hielo.
Un tubo llamado magnetrón emite ondas de radio de 2,45 GHz que rebotan en las paredes de metal; su campo eléctrico hace girar de un lado a otro las moléculas de agua de la comida, y esa agitación se convierte en calor. No vuelve la comida radiactiva, y 2,45 GHz no es una frecuencia especial del agua.
Lo sostiene la sustentación: el ala, inclinada y curvada, desvía hacia abajo el aire que pasa, y por acción y reacción el aire la empuja hacia arriba, lo que se nota como menor presión arriba del ala que abajo. La explicación de que el aire de arriba recorre un camino más largo y debe llegar a la vez es falsa.
Un litro de agua pura pesa casi exactamente un kilogramo: 999,97 gramos a 4 °C, su temperatura de máxima densidad, y 998,2 gramos a 20 °C. No es casualidad: el kilogramo se definió originalmente a partir del agua, y el litro fue durante 63 años el volumen de un kilo de agua.
En condiciones controladas, no hay evidencia sólida: en el experimento más cuidadoso (Burridge y Linden, 2016) el agua a 85 °C tardó 3 horas en llegar a 0 °C y la de 22 °C, 1 hora y 47 minutos. El llamado efecto Mpemba sí se demostró en 2020, pero en partículas microscópicas, no en un vaso de agua.
El cielo es azul porque las moléculas del aire dispersan la luz del Sol con una intensidad proporcional a 1/λ⁴: la luz azul (450 nm) se desvía unas 6 veces más que la roja (700 nm) y nos llega desde todas las direcciones. Lo explicó Lord Rayleigh en 1871.
El hielo flota porque es menos denso que el agua: 917 kg por metro cúbico contra casi 1000 del agua líquida a 0 °C. Al congelarse, cada molécula se une a otras cuatro formando una red abierta, con más espacio vacío que el líquido, y el agua aumenta un 9 % su volumen.
Un barco de acero flota porque su casco hueco aparta un volumen de agua que pesa lo mismo que todo el barco: el acero es casi 8 veces más denso que el agua, pero el casco, lleno de aire, pesa en promedio menos que el agua que desplaza. Es el principio de Arquímedes.
