Física variada (I): gorrión frito, aire más pesado que el aire y aerogeles

Hoy os he querido traer un poco de todo: teoría de circuitos, mecánica de fluidos, ciencia de materiales… Y es que últimamente he descubierto —o redescubierto- algunas cosas que no son demasiado complejas ni difíciles de explicar pero cuyos efectos son más que sorprendentes. Me guardaré algunas para otra entrada, así no os atosigo. Vamos allá con la primera.

Empecemos con algo que oí en Órbita Laika —voy a basarme en las ideas que expusieron ellos-. ¿Por qué los pájaros —desde gorriones hasta avestruces, aunque típicamente más de lo primero- se posan en los cables de alta tensión —o alta traición, como contaba Gila- sin electrocutarse? La respuesta es sencilla. El principio físico que lo explica es que, cuando tenemos un circuito eléctrico con dos ramas en paralelo, circulará más intensidad de corriente por aquella que menos resistencia ofrezca. De este modo, al colocarse un pájaro —o cualquier otro animal, incluso alguno de nosotros colgado- en un cable por el que circula una corriente, ofrece a los portadores de carga que viajan por él dos vías: el cable, optimizado para suponer una resistencia lo más baja posible, y el animalillo, optimizado para lo contrario que se opone mucho más al paso de los electrones. La corriente “elige” en este caso continuar por el cable y aquí paz y después gloria. Entonces, ¿por qué si tocamos un cable nos podemos electrocutar? El caso es que hemos estado hablando de un pájaro que toca con ambas patas el mismo conductor. Si nosotros tocamos dos cables, seremos un “atajo” para la corriente, que nos atravesará para pasar de uno a otro. Si únicamente estamos en contacto con uno, pero no estamos flotando en el aire —lo típico- haremos de toma de tierra y tampoco saldremos bien parados… Todo esto me ha recordado a un simpático corto de Pixar. ¡Ahí va!

Es curioso lo que internet hace con nosotros… El otro día estaba estudiando los motores alternativos de combustión interna y me sorprendí a mí mismo leyendo el artículo de Wikipedia de Big Foot, con varias pestañas del navegador abiertas, entre las cuales había información también sobre los últimos avistamientos del monstruo del Lago Ness. También estaba YouTube abierto. Con este vídeo:

¿Qué está sucediendo ahí? Supongo que lo habréis adivinado. De la bombona se está dejando salir un gas que es incoloro, al igual que el aire, pero más pesado. Tenemos muy asumido que unos sólidos pesan más que otros. Y que del mismo modo sucede con los líquidos —véase la imagen de las capas de colores de abajo-. Pues bien, en los gases también, valga la redundancia.Unos pesan más que otros. Sin embargo, no estamos acostumbrados —al menos yo- a ver gases incoloros más pesados que el aire. Y es lo que tenemos en el vídeo: hexafluoruro de azufre. El misterioso y bonito efecto de la caja de aluminio que flota se consigue haciendo con este gas lo mismo que haríamos para que flotara en agua, por ejemplo. Si colocamos el ligero recipiente boca abajo, lleno de aire, flotará —podemos demostrarlo aplicando principios de fluidostática o simplemente intuición-; pero si lo “vaciamos” de aire —es decir, si lo llenamos del fluido denso- se hundirá, ya que el aluminio es más denso que dicho fluido —aquí la analogía con el agua no es tan buena porque en ese caso, para ciertas orientaciones espaciales de la caja de aluminio, podría flotar por efectos de la tensión superficial generada en la interfase líquido-gas, la cual permite que objetos más densos que el agua pero de muy reducidas dimensiones, tales como una aguja, puedan flotar-. Todos hemos experimentado esto alguna vez jugando con un cubo —o similar- en la piscina. Si cambiáramos el agua de nuestras piscinas por hexafluoruro de azufre podríamos jugar con “aire” más pesado que el aire.

Fis1

Por último, quiero mostraros algo que realmente me ha costado creer: un material más ligero que el aire. Hablo de los aerogeles, más concretamente del aerogel de grafeno, el más nuevo de ellos, una espuma basada en nanotubos de carbono congelados en seco y láminas de óxido de grafeno, a las cuales se les quita el oxígeno con un proceso químico. Descubierto en 2013 por un equipo de investigadores de la Universidad de Zhejiang (China) liderado por Chao Gao, del departamento de nanopolímeros, es el material más ligero del que disponemos, con una densidad de… *redoble de tambores* ¡0,16 mg/cm3! Si tenemos en cuenta que la del aire a presión y temperatura ambientes es de aproximadamente 1,2 mg/cm3, nos daremos cuenta fácilmente de que este material debería flotar en el aire. Intentaría constantemente escaparse hacia arriba. Es por eso por lo que me parecía tan increíble. Estuve investigando un buen rato por blogs y webs independientes, e incluso periódicos de gran tirada, y en todos lados encontraba exactamente la misma información en forma divulgativa —en algunos incluso ponía literalmente lo mismo-. De este modo, pensé que tal vez alguien filtró un bulo o tuvo un error al dar el dato de la densidad y ya todos lo pusieron mal. Pero no. Busqué el artículo original de los investigadores en la revista Nature y parece ser que es cierto —os dejo un par de enlaces al final de la entrada-.

Fis2

La densidad del aerogel de grafeno es 0,16 mg/cm3. Entonces, siendo esto cierto, ¿no debería escaparse volando como yo pensaba? Pues resulta que no, ya que los aerogeles son materiales increíblemente porosos y este concretamente posee una porosidad del ~99,9%, con lo cual su estructura está “rellena” de aire y ello hace que su densidad sea prácticamente igual a la del resto del aire del lugar. Eso sí, cualquier brisa o corriente puede hacer que salga volando. Pudiera parecernos por todo esto que comentamos que los aerogeles son materiales débiles, pero nada más lejos de la realidad: poseen estructuras resistentes —hablar detalladamente de sus propiedades daría para otras ’n’ entradas, con ’n’ tendiendo a infinito- que nos permiten soñar con acariciar las nubes con las manos =)

Nota: eso último no era del todo literal =)

http://www.nature.com/nature/journal/v494/n7438/pdf/494404a.pdf

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201204576/epdf

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