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Ulises y la Ciencia

Desde abril de 1995, el profesor Ulises nos ha ido contando los fundamentos de la ciencia. Inspirado por las aventuras de su ilustre antepasado, el protagonista de la Odisea, la voz de Ulises nos invita a visitar mundos fascinantes, sólo comprendidos a la luz de los avances científicos. Con un lenguaje sencillo pero de forma rigurosa, quincenalmente nos cuenta una historia. Un guión de Ángel Rodríguez Lozano.

Las desventuras de Loki. Tormentas e inundaciones.

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En estos tiempos que corren parece que la naturaleza está empeñada en demostrarnos lo frágiles que somos. Aquí, en España, las lluvias torrenciales han dejado una secuela de inundaciones y desgracias; más lejos de nosotros, pero cerca de nuestros corazones, el Huracán Sandy asoló Haití dejando un rastro de destrucción y muerte, después, como si quisiera dejar claro que los poderosos tampoco escapan a su furia, azotó a Nueva York y la costa Este de los Estados Unidos.

En el programa de hoy, Ulises habla de los rayos y los truenos, unos fenómenos naturales que en tiempos antiguos los seres humanos asociaban al poder de sus dioses. Como muestra, Ulises cuenta la historia de Thor y su martillo mágico, un arma capaz de cruzar el cielo a la velocidad del rayo y golpear con la contundencia del trueno.

Las tormentas suelen ir unidas a precipitaciones que, a veces, se convierten en trombas de agua que provocan inundaciones. Esos acontecimientos catastróficos vienen ocurriendo desde tiempos remotos y su estudio puede ayudarnos a prevenir las consecuencias de las inundaciones en el presente. D. Gerardo Benito Ferrández, profesor de Investigación Consejo Superior de Investigaciones Científicas, lleva años estudiando las inundaciones que tuvieron lugar en el pasado y cuenta los resultados de sus investigaciones en el programa de hoy.

Rayos y truenos

Un rayo de tormenta es un fenómeno impredecible que, en apenas unas millonésimas de segundo, surca el aire con una potencia tremenda. En ese pequeñísimo instante, un río de cargas eléctricas recorre kilómetros de camino sinuoso a través del aire y iluminando el cielo con un relámpago cegador. A su paso, libera ondas electromagnéticas que interfieren con las ondas de radio, la temperatura se eleva hasta los 30.000 ºC y el aire se expande bruscamente liberando un atronador latigazo de ondas sonoras. En una nube de tormenta de tamaño medio decenas de rayos cruzan el cielo cada minuto, en su conjunto liberan tanta energía como la generada por una central nuclear.

No es necesario subir a las nubes para experimentar los principios físicos que alimentan al rayo, basta con que usted arrastre los pies sobre una alfombra para que se convierta en una de nube de tormenta “humana”. Ese simple acto es suficiente como para romper el equilibrio eléctrico  del que disfruta la materia ordinaria. En condiciones normales tanto nosotros como los objetos que nos rodean tenemos cargas eléctricas positivas y negativas en igual cantidad, somos neutros eléctricamente hablando. Sin embargo, al frotar la suelas de nuestros zapatos contra la alfombra, arrancamos electrones que pasan a nosotros produciendo un desequilibrio entre las cargas de nuestro cuerpo, el número de cargas negativas aumenta superando a las positivas y quedamos cargados negativamente. Como contrapartida la alfombra echará de menos los electrones que le hemos quitado y se queda con un exceso de cargas positivas. Hemos perdido la neutralidad eléctrica y sólo hay una forma de recuperarla: expulsando los electrones que nos sobran.

La descarga se produce al tocar cualquier objeto; el pomo de una puerta por ejemplo. Cuando nuestra mano se acerca al pomo, antes de tocarlo con los dedos, las cargas negativas se acumulan en nuestros dedos e inducen cargas de sentido contrario en el pomo de la puerta. Cuando la distancia entre el dedo y el pomo se hace muy pequeña, las cargas saltan atravesando el aire, la descarga es tan brusca que se produce una pequeña chispa entre nuestra mano y el pomo. Esa chispa es un rayo en miniatura que vuelve a restablecer el equilibrio entre nuestro cuerpo y el ambiente. Si hacemos el experimento a oscuras, incluso podremos ver el chispazo.

Una nube de tormenta sigue las mismas leyes pero… a lo bruto. Cuando una masa de aire húmedo se calienta, se eleva. A medida que el aire caliente sube encuentra capas de la atmósfera menos densas y se expande. Al dilatarse disminuye su temperatura. A una determinada altura la temperatura baja tanto que el vapor de agua disuelto en el aire se condensa en gotitas y comienza a formarse la nube. En ciertas ocasiones esas corrientes ascendentes son tan fuertes que crean verdaderas columnas de gotas de agua y cristales de hielo que se eleven hasta los 15 kilómetros de altura: Son los cúmulonimbos, las nubes de tormenta. Las corrientes no solo arrastran las gotitas de agua, hielo y granizo sino que provocan rozamientos entre ellas. Al rozar unas partículas con otras las cargas eléctricas se separan y ciertas zonas de la nube se van cargando positivamente mientras que en otras se acumulan cargas de signo opuesto. 
            La nube de tormenta es un verdadero campo de batalla plagado de combatientes en forma de cargas eléctricas dispuestas a enfrentarse. En la cima se acumula un ejército de cargas positivas, en el centro, otro aún mas numeroso de cargas negativas y, dispersos por zonas de la base y sobre la superficie terrestre, otros enjambres de cargas esperan el momento de la batalla. Las cargas negativas de un lugar son atraídas por las positivas de otro y luchan por abrirse camino para encontrarse. El proceso que da lugar a un rayo típico puede empezar cuando un grupo de electrones comienza a bajar desde la parte central de la nube atraído por las cargas positivas de la superficie terrestre, poco a poco va creando una especie de camino que avanza trabajosamente hacia la tierra. Desde los puntos altos y puntiagudos de la superficie terrestre comienza otra procesión de cargas positivas que avanzan hacia la nube. Si en algún momento dos de estos caminos se encuentran, miles de billones de partículas cargadas se desbordan por el sendero abierto en unas millonésimas de segundo, se produce el resplandor del relámpago y suena el golpe seco del martillo de Thor.

            Una vez abierto el camino del rayo la corriente fluye por oleadas hasta que las zonas conectadas se descargan. Se han contado decenas de descargas que bajan por el mismo sendero. Sus efectos pueden ser devastadores, incluso pueden fundir los granos de arena de una playa formando unas figuras características llamadas fulguritas. Pero un rayo es una descarga eléctrica y como tal está sujeta a las reglas que gobiernan la electricidad. Una de las consecuencias mas curiosas de ese comportamiento se basa en la tendencia que tiene la electricidad a seguir las rutas mas fáciles. Por ejemplo, una corriente eléctrica siempre se reparte por la superficie de las sustancias conductoras. La carrocería de un coche está hecha de metal, un material conductor de la electricidad así que si un rayo cae sobre él la electricidad se repartirá por la superficie exterior sin afectar a sus tripulantes. A este fenómeno se le denomina caja de Faraday. Por eso el coche es un buen lugar para refugiarse en caso de tormenta. Otra propiedad se basa en la tendencia de las cargas eléctricas a acumularse en los objetos que acaban en punta. Esa aglomeración favorece la creación de caminos para la caída del rayo, por eso no es conveniente llevar objetos puntiagudos ni ponerse al cobijo de lo árboles, porque al ser mas altos proporcionan caminos mas cortos y cómodos para el rayo.

Las descargas eléctricas se producen entre la nube de tormenta y la tierra o entre partes distintas de la misma nube. En este último caso hablamos de relámpagos y es en los relámpagos donde precisamente se consume la mayor parte de la energía de una tormenta eléctrica. Pero también se producen rayos en otros lugares. En las bocas de los volcanes, por ejemplo. Allí las cenizas incandescentes lanzadas a la atmósfera se cargan por fricción con el aire y se producen descargas que recorren la la nube de polvo en todas las direcciones ofreciendo un espectáculo de gran belleza. Otro lugar propicio para la aparición de los rayos son las explosiones nucleares, unos milisegundos después de la detonación de una bomba de hidrógeno de diez megatones, realizada en 1952, los rayos saltaron entre la tierra y el hongo de humo. La radiación producida al estallar despojó de electrones a las moléculas de aire y se crearon acumulaciones de carga propicias para las descargas eléctricas. Claro que, en aquel caso, la energía de los rayos era insignificante comparada con la producida por la demencia del hombre.

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