Curiosidades y Explicaciones científicas de hechos cotidianos

• ¿Qué produce el ruido de un trueno?
  
• Un cubito de hielo que se funde
  
• Una caida de altura
  
• Los gatos y la velocidad límite
  
• ¿Cómo reducir el consumo del coche?
  
• ¿Por qué se añade sal a la nieve?
  
• Sensación de frío
  
• Un elemento asesino
  
• ¿Es lo mismo la masa y el peso?
  
• ¿Qué pesa más, 1 kg de paja o 1kg de plomo?
  
• ¿Calentar o enfriar las manos?
  
• Boicotear a un orador
  
• ¿Qué son los modificadores y potenciadores del sabor?
  
• El olor de la comida
  
• Datación por Carbono 14
  
• ¿Qué cuesta cocinar?
  
• Calculadora del coste de funcionamiento de un electrodoméstico
  

¿Qué produce el ruido de un trueno?

A continuación transcribo dos explicaciones a la pregunta anterior aparecidas con 150 años de diferencia en dos libros con las mismas pretensiones : hacer llegar el conocimiento científico al hombre de la calle.

Explicación 1

libro : Science in everyday life
autor : William C. Vergara
lugar y editorial : Londres : Book Club Associates
año de publicación : 1981

Los científicos creen que la causa del trueno es la rápida expansión del aire que se calienta por medio de un relámpago
La enorme energía del rayo calienta un estrecho canal de aire más de 50000 ºC. Esto se hace tan rapidamente- en unas pocas millónesimas de segundo para cada sección de la descarga- que el canal de aire caliente no tiene tiempo de expandirse, mientras se calienta. Esto produce una gran presión en el canal, que puede ser mayor de 100 atmósferas. La presión luego genera una perturbación sonora que percibimos como un trueno.

Explicación 2

libro : Definiciones y Elementos de todas Las Ciencias
autor : Formey(traducido del francés por Miguel Copin)
lugar y editorial : Barcelona : Imprenta de Sierra y Martí
año de publicación : 1825

P. ¿Qué es el Trueno?
R. El ruido que se oye en el aire y con mas frecuencia en el estío, siendo el Trueno el mas notable de todos los metéoros.
P. ¿Cómo se forma este Metéoro?
R. Fórmase de este modo : figuraos muchas nubes puestas unas sobre otras, compuestas alternativamente de vapores y exalaciones que el calor ha sacado de la tierra con abundancia en diferentes ocasiones.
Considerad después las nubes superiores impelidas y precisadas de algún viento a caer sobre las inferiores, sin que estas puedan descender, por hallarse sostenidas a alguna distancia de la tierra por otro viento inferior, y las causas comunes que las sostienen. En este caso hallándose el aire que hay entre la nube superior y la inferior, forzado a dejar aquel espacio, el que está en las estremidaes de las dos nubes, huye inmediatamente, dando lugar por este medio a que los extremos de la nube superior, desciendan algo más que su centro, encerrando él una gran porción de aire, que debiendo acabar de salir por un pasage estrecho e irregular, ocasiona el ruido que se oye, originado de la violencia y opresión con que huye; y así se puede muchas veces oír el ruido del trueno sin ver el relámpago.

Pero si las exalaciones de azufre y nitro que algunas veces se encuentran entre dos nubes, llegan a inflamarse por alguna agitación violenta, se comunica repentinamente esta llama a todas las materias inflamables que las circuyen, dilata el aire extraordinariamente, y produce los relámpagos, dando ocasión a que en lugar del ruido regular del trueno, se oiga un estrépito espantoso, y que parezca encendido el aire. Y como las exhalaciones rechazadas y agitadas por todas partes, pueden inflamarse sin que la nube superior caiga con violencia sobre la inferior para causar ruido, puede suceder que veamos el relámpago sin oír el trueno.
La continuación y repetición del trueno proceden de una especie de eco que se forma en las nubes, a lo cual pueden contribuir también muchos cuerpos endurecidos que están sobre la tierra, y hacen repetir muchas veces el estrépito que se oye después del ruido del trueno. Cuando el fuego del trueno es impelido con violencia hacia la tierra y hace en ella algunos estragos, le damos el nombre de rayo; muchas veces mata hombres y animales; quema y derriba árboles y edificios, y abrasa cuanto encuentra.
La nueva explicación de estos fenómenos por la eletricidad es todavía mas clara y demostrable.

En un vaso de agua lleno hasta el borde, flota un cubo de hielo. ¿Qué ocurrirá al fundirse el hielo ? ¿Bajará el nivel del agua?, ¿rebosará parte del agua?, ¿no se modificará el nivel?.

El cubito de hielo flota en el agua porque el peso del mismo iguala a la fuerza que el agua realiza hacia arriba.
Según el principio de Arquímedes, la fuerza que hace el agua es igual al peso del agua desalojada por el cubo de hielo.
De lo afirmado en los dos párrafos anteriores se deduce que el hielo pesa lo mismo que el agua que desaloja. Por lo tanto cuando se funda, el agua resultante ocupará exactamente el hueco que dejo hielo.

¿Por qué las probabilidades de sobrevivir son las mismas si nos caemos desde un piso 50 que si nos caemos, sin paracaídas, desde un avión a 3000 m?

. Velocidades límite de varios objetos Objeto Velocidad (m/s) Paracaidista con paracaídas cerrado 60 Pelota de tenis 42 Balón de baloncesto 20 Granizo 14 Pelota de ping pong 9 Gota de lluvia 7 Paracaidista con paracaídas abierto 5

¿A qué fuerzas está sometido un objeto que cae en el aire? Por una parte está la fuerza con que lo atrae la Tierra, el peso, y por otra, la fuerza de resistencia que ejerce el aire(1) Si la caída no es muy prolongada, se puede considerar que el peso se mantiene constante. La resistencia del aire, sin embargo depende de la velocidad de caída. Cuanto mayor sea esta, mayor es la fuerza con que el aire frena la caída del objeto. Una consecuencia de lo anterior es que la fuerza neta que actúa sobre el objeto se hace cada vez más pequeña. En el momento en que la resistencia iguala a peso, la fuerza neta es nula y a partir de aquí, la velocidad se mantiene constante. A esta velocidad se le denomina velocidad límite o terminal. En la tabla se muestran las velocidades límites que alcanzan algunos objetos cuando caen en el aire. Una vez que el objeto alcanza la velocidad límite, ya no importa el tiempo que continue cayendo, llegará al suelo con esa velocidad. La altura de un piso 50 es suficiente para que se alcance la velocidad límite, por tanto, caer desde una altura mayor no supone ningún aumento de la velocidad con que se llega al suelo. ------------------------------ (1) También actúa una fuerza de empuje, que en general es muy pequeña, y que de todas formas, no afecta al razonamiento. Se puede incluir, considerando el peso aparente (Peso - Empuje) en lugar del peso

En las gráficas siguientes se representa la velocidad con que cae un paracaidista frente al tiempo, según tenga o no abierto el paracaídas:
Con el paracaídas abierto en 2 s se alcanza la velocidad límite, mientras que con el paracaídas cerrado se necesitan unos 15 s.

Los gatos y la velocidad límite

Es bien conocido por los veterinarios que la caída de los gatos suele tener peores consecuencias si se produce desde un primer piso que si es desde un 2º o 3º. La explicación es la siguiente : cuando el gato nota la aceleración de la caída, adopta una postura encogido con las patas estiradas, que le permite, al llegar al suelo, amortiguar el efecto del impacto. Si la caída se produce desde un primer piso, el gato no tiene tiempo de adoptar la mencionada postura.

Parece lógico pensar que a partir de la altura a en que el gato puede adoptar la postura defensiva, cuanto mayor sea la altura mayor serán las consecuencias de choque. Sorprendentemente no es así. Los daños producidos por la caída aumentan con la altura hasta un cierto punto, a partir del que se produce una disminución de los daños, que ya no vuelven a aumentar al seguir creciendo la altura. La curiosa explicación es la siguiente : El gato adopta una postura defensiva solo cuando nota la aceleración de la caída, en cuanto alcanza la velocidad límite, deja de haber aceleración y el gato relaja su postura que por ser menos encogida, ofrece mayor superficie de contacto con el aire. Este aumento de superfice trae consigo una mayor resistencia frenando la caída y consiguiendo una nueva velocidad límite más pequeña.

¿Cómo reducir el consumo del coche?

Para mantener un coche en movimiento en una carretera horizontal es necesario vencer tres fuerzas que se oponen :

• Aerodinámica : la resistencia que ofrece el aire. Depende de la forma del coche y de su velocidad.
• Rodadura : la resistencia debida al suelo.Depende fundamentalmente de la presión de los neúmáticos y del peso del vehículo
• Transmisión : la resistencia ofrecida por el sistema de transmisión del vehículo.

Como se ve en la figura, un poco mas alla de los 60 km/h, la resistencia aerodinámica es la fuerza más importante a vencer. Por este motivo, los fabricantes de coches tratan de encontrar formas aerodinámicas, esto es, formas que hagan mínima la resistencia del aire.

• Un portaequipajes influye de tal manera en la aerodinámica, que aun estando vacio puede llegar a producir un aumento del consumo del 20 %. Si está cargado el aumento llega a ser del 35 %.
  
• Conducir con las ventanillas abiertas también influye en la aerodinámica del vehículo, elevando el consumo un 5% por término medio.
  
• El sobrepeso del vehículo, al aumentar la resistencia de rodadura, influye así mismo en el consumo. Por cada 100 kg de sobrepeso, el incremento en el consumo es de un 5%.

[Adaptado de "La conducción al menor coste" publicación del Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía(IDAE)]

¿Por qué se añade sal a la nieve?

El punto de congelación del agua pura es de 0º C. Sin embargo cuando se disuelve alguna sustancia en ella, el punto de congelación de la disolución resultante desciende. El descenso que se produce depende de la cantidad de sustancia disuelta. Con 22 g de sal por cada 100 g de agua se consigue que el punto de congelación disminuya hasta -21ºC.

Sensación de frío

¿Por qué si nos bañamos en agua a 25ºC tenemos sensación de frío, mientras que el aire a la misma temperatura nos da sensación de calor ? La sensación de frío tiene que ver directamente con la velocidad a la que perdemos el calor de nuestro cuerpo. El agua conduce el calor mucho mejor que el aire y hace que lo perdamos mucho más rápidamente.

¿Por qué nos encogemos cuando tenemos frío?

Al encogernos se reduce el área de nuestro cuerpo en contacto con el exterior, lo que hace que disminuya la pérdida de calor.

El aire es peor conductor que los tejidos de los que normalmente está hecha nuestra ropa. ¿Por qué abriga entonces la ropa?

Entre los tejidos que forman nuestra ropa quedan pequeñas cámaras ocupadas por aire en reposo. Se evitan de esta manera las corrientes de aire que robarían el calor de nuestra piel. Si no nos pusiésemos ropa perderíamos calor por un mecanismo denominado convección. Sobre nuestra piel se producirían pequeñas corrientes de aire que nos enfriarían. El aire caliente en contacto con la superficie de la piel, ascendería debido a su menor densidad, dejando sitio a aire a más baja temperatura, que al calentarse repetiría el proceso. Si estas corrientes naturales se refuerzan, por ejemplo con un ventilador, la perdida de calor es mucho más acusada. El mecanismo se denomina convección forzada y es el responsable, por ejemplo, de que tengamos la misma sensación de frío a -20ºC sin viento que a 0ºC si sopla una fuerte ventisca.

El flúor : un elemento asesino

El fúor fue el último de los no metales que se preparó en estado libre (gases nobles aparte). Desde que fue descubierto en 1771 por el químico sueco Carl Wilhelm Scheele, pasarón 100 años hasta que el químico francés Henri Moissan lo aisló en 1886. Durante este período se realizaron numerosos intentos fallidos para obtenerlo. Entre los que lo intentaron sin conseguirlo, hay grandes nombres de la historia de la química como Faraday, Davy(descubridor del sodio, potasio, calcio y magnesio), Gay-Lussac y Thénard (descubridores estos últimos del Boro). Algunos de los que lo intentaron murieron y la mayoría sufrieron graves envenenamientos por el flúor y sus compuestos.

La dificultad que presenta la obtención del flúor radica en que, debido a su gran reactividad, nada mas formarse se combina con lo que encuentra a su alrededor. El éxito de Moissan fue consecuencia de utilizar platino, un metal muy inerte, y trabajar a bajas temperaturas reduciendo de esta manera la actividad del fluor.

El flúor es un gas de color verde-amarillento, altamente corrosivo y venenoso, de olor penetrante y desagradable. Es el elemento más reactivo de toda la tabla periódica. Se combina directamente, y en general de forma violenta, con la mayoría de los elementos.

El ácido fluorhídrico (HF) es también una substancia muy corrosiva. Su facilidad para atacar al vidrio se utiliza en la industria para la realización de grabados.

¿Es lo mismo la masa y el peso?

La masa de un cuerpo es una propiedad característica del mismo, que está relacionada con el número y clase de las partículas que lo forman. Se mide en kilogramos (kg) y tambien en gramos, toneladas, libras, onzas, etc.

El peso de un cuerpo es la fuerza con que lo atrae la Tierra y depende de la masa del mismo. Un cuerpo de masa el doble que otro, pesa tambien el doble. Se mide en Newtons (N) y también en kg-fuerza, dinas, libras-fuerza, onzas-fuerza, etc.

El kg es por tanto una unidad de masa, no de peso. Sin embargo, muchos aparatos utilizados para medir pesos(básculas, por ejemplo), tienen sus escalas graduadas en kg en lugar de kg-fuerza. Esto no suele representar, normalmente, ningún problema ya que 1 kg-fuerza es el peso en la superficie de la Tierra de un objeto de 1 kg de masa. Por lo tanto, una persona de 60 kg de masa pesa en la superfice de la Tierra 60 kg-Fuerza. Sin embargo, la misma persona en la Luna pesaría solo 10 kg-fuerza, aunque su masa seguiría siendo de 60 kg. (El peso de un objeto en la Luna, representa la fuerza con que ésta lo atrae)

Si ponemos en dos básculas iguales 1 kg de plomo y 1 kg de paja, ¿marcarán lo mismo?

Como hemos visto en la pregunta anterior , 1 kg de plomo y 1 kg de paja pesan lo mismo : 1 kg-fuerza. Parece por tanto que las dos básculas deberían de marcar igual. Sin embargo no es así, ya que una báscula no indica el peso del objeto que se coloca encima, sino la fuerza que él mismo hace sobre ella. ¿Qué marcaría la báscula si colocásemos sobre ella un globo de feria. Evidentemente y a pesar de tener peso (la Tierra lo atrae como a todos los objetos que tienen masa), la báscula no marcaría nada, porque el globo se iría volando y no haría ninguna fuerza sobre ella.

El plomo y la paja, no hacen la misma fuerza sobre la báscula aunque su peso sea igual. Esto se debe a que el aire los empuja hacia arriba con una fuerza distinta.

El aire, como todos los fluidos (gases y líquidos), ejerce una fuerza hacia arriba, denominada empuje, sobre los cuerpos que se encuentran en su interior. Esta fuerza es tanto mayor, cuanto mayor sea el volumen del cuerpo.

Como 1 kg de paja tiene un volumen mucho mayor que 1 kg de plomo, el empuje del aire sobre la paja es también mucho mayor que sobre el plomo.

La báscula que tiene la paja, marcará por tanto un poco menos.

La diferencia es pequeña, aproximadamente 1 g-fuerza.

¿Cómo es posible que soplando sobre las manos podamos en unos casos calentarlas y en otros enfriarlas?

Si soplamos suavemente y con las manos cerca de la boca, el aire caliente que sale de nuestros pulmones se pone en contacto con las manos, que están a menor temperatura, calentándolas.

Si soplamos con mas fuerza, y normalmente a mayor distancia, el aire de la habitación, a temperatura mas baja, se mezcla con el que sale de los pulmones y al llegar a las manos las enfría.

En este último caso hay que tener en cuenta, que cuanto mayor sea la velocidad del aire, mayor sera la evaporación que se produce en la capa de vapor de agua cubre la piel. Esto ayudará a provocar un mayor enfriamiento.

¿Por qué resulta mas fácil boicotear a un orador con silbidos que con gritos?

Esto se debe a que el oido humano es mucho mas sensible a los sonidos de frecuencias elevadas (agudos) que a los de baja frecuencia (graves). Por la misma razón cuando hablan muchas personas a la vez, se entienden mas fácilmente las voces mas agudas.

¿Qué son los modificadores y potenciadores del sabor?

Hay ciertas sustancias químicas, normalmente presentes en la naturaleza, que, aunque en si mismas no tienen mucho efecto, al ser añadidas a algunos alimentos producen una modificación de su sabor y olor natural.El cloruro sódico (la sal de mesa) es uno de estos productos que se usa desde la antigüedad.

La miracularina (glicoproteína de elevado peso molecular) es un modificador del sabor presente en una planta de la familia de las sapotáceas (Synsepalum dulcificum). Al masticar las bayas de esta planta se inhibe (durante una hora) la capacidad de apreciar el sabor ácido pero no el sabor dulce. El limón mas agrio, sabe como la naranja mas dulce. Se cree que la miracularina actúa uniendose a los receptores de las células responsables del gusto ácido, impidiendoles así su funcionamiento.

El olor de la comida

El estudio de las sustancias químicas responsables de los olores de los alimentos ha tenido un gran auge en los últimos venticinco años. El desarrollo de técnicas especiales de análisis como la cromatografía de gases, ha permitido identificar pequeñas cantidades de las sustancias volátiles que dan lugar al olor. El paso posterior a la identificación ha sido la síntesis de las mismas, que ha traído consigo la aparición de alimentos con aromas artificiales. En la figura aparecen las estructuras de algunas sustancias químicas con olor y los olores que a ellas se asocian.

Para conocer la edad de restos orgánicos se utiliza una técnica conocida como : Datación por Carbono-14. ¿En qué se basa ?.

Los vegetales toman constantemente carbono de la atmósfera , en forma de dióxido de carbono, y lo incorporan a sus tejidos. El carbono presente en la atmósfera contiene una pequeña parte de carbono radiactivo: el isótopo Carbono-14 (C-14). Mientras el vegetal está vivo, la proporción de C-14 es la misma que en la atmósfera. Cuando muere, la cantidad de C-14 disminuye paulatinamente con el tiempo(al ser radiactivo se desintegra de forma progresiva ). De este modo, la proporción de C-14 en un momento dado permite conocer cuanto hace que el organismo ha muerto.

¿Qué cuesta cocer unas patatas en una cocina eléctrica ?

Para realizar este calculo es necesario conocer :

• el tiempo que empleamos : ½ h
• la potencia de la placa : 1 kw
• el coste de 1 kw·h : 17 pesetas

¿Qué cantidad de energía eléctrica hemos empleado ?

• potencia de la placa x tiempo empleado = 1 kw x ½ h = ½ kw·h

¿Qué cuesta?

• Coste = ½ kw·h x 17 pesetas cada kw·h = 8,5 pesetas

De forma similar podemos determinar lo que cuesta el funcionamiento de cualquier aparato eléctrico durante un cierto tiempo.

• Coste = Potencia del aparato en kw x tiempo de funcionamiento en h x coste de cada kw·h en pesetas.

Cálculadora del coste de funcionamiento de un aparato eléctrico

Watios	Horas	Minutos	Precio del kW·h	Coste

Introduce la potencia del aparato en Watios, el tiempo en horas y minutos y el precio de cada kW·h. (En España actualmente 1 kW·h = 17 pesetas)
El la tabla que sigue se dan algunos valores aproximados de potencias de aparatos eléctricos frecuentes en casa.

Potencia de algunos aparatos eléctricos
Aparato	Potencia en Watios
bombilla tradicional	60
bombilla bajo consumo	12
lavavajillas*	1500
lavadora*	2000
frigorífico**	70
secador de pelo	1000
calentador de agua	1500
radiador	1500
televisor	300
aspiradora	1000
cocina (cada fuego)	1500
* valor medio en un ciclo de lavado **valor medio

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