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El microondas, el vaso de agua y la cuchara

La semana pasada en clase surgió una interesante pregunta: ¿por qué en las instrucciones de los hornos microondas nos indican que pongamos una cuchara en el vaso si calentamos en él agua? ¿No se supone que no podemos introducir objetos metálicos en el microondas?

Tengo la suerte esta curso de dar clase a un grupo que pregunta mucho. Eso me gusta, porque quiere decir que están bien atentos y uniendo puntos, es decir, relacionando los conceptos físicos que vemos en clase con cosas de la vida diaria. Aveces me hacen preguntas para las que, sinceramente, no tengo una respuesta en el momento. Otras veces simplemente no hay tiempo para detenerse mucho en estas explicaciones porque la programación de la asignatura es la que es. En todo caso, siempre prometo que les presentaré una buena explicación. Aquí va entonces la respuesta a la pregunta del microondas, el vaso de agua y la cuchara. Está respondida en más de una web, pero nunca está de más volver a explicarlo.

El símbolo que suele encontrarse en los manuales, o incluso en una pegatina en algunas marcas de hornos microondas, es este.

microondas cucharilla vaso agua

Fuente: cuantarazon.com

En la imagen de arriba ya muestran su desconcierto por el símbolo. 🙂

La explicación al hecho de que nos recomienden meter una cucharilla de metal en el vaso de agua tiene que ver con un fenómeno físico del que ya he escrito varias veces en este blog, la tensión superficial, y también con el supercalentamiento del agua. Decimos que el agua se supercalienta cuando su temperatura llega a ser superior a 100 ºC, que es la temperatura a la que el agua comienza a hervir. En particular, en el microondas el agua se sobrecalienta por falta de lo que se denominan sitios de nucleación (un punto donde hay separación de fases, sólida, líquida y gaseosa, que puede ser por ejemplo una imperfección en el recipiente).

Todo el vaso se calienta muchísimo, muy rápido (un minuto es suficiente), pero no se forman las típicas burbujas que vemos cuando el agua está en ebullición en un recipiente en el que lo que tenemos el fenómeno de convección, porque en el microondas está en una situación metaestable. Ha seguido absorbiendo energía hasta calentarse por encima de los 100ºC, pero no ha entrado en ebullición.

Si el vaso está limpio y no hemos introducido una cuchara dentro, no hay sitio de nucleación y la tensión superficial del agua impide que se formen las burbujas. Esto significa que el agua está en un estado de equilibrio que puede terminar si introducimos una perturbación externa, como por ejemplo si de repente agitamos el vaso, o si introducimos una varilla para removerlo, o si le ponemos azúcar. Si no has metido una cucharilla dentro, cuando sacas el vaso de agua que está muy caliente y lo mueves, o causas cualquier otra perturbación al agua como las de los ejemplo anteriores, la tensión superficial se rompe y el agua comienza a hervir de forma que puede ser violenta. Esta violencia en la ebullición se debe a que es más fácil que tras la perturbación se forme una burbuja grande que una pequeña. Una vez que una burbuja comienza a crecer, la presión debida a la tensión superficial disminuye, así que es fácil que se expanda de manera explosiva. Por esto es peligroso calentar el agua así. Si se produce este fenómeno y el agua nos alcanza la piel, puede producirnos quemaduras.

Muy bien, ya entendemos el fenómeno del supercalentamiento del agua en el microondas, pero, ¿por qué una cuachara de metal, si dicen que en el horno microondas no se pueden introducir metales?

No es cierto que en el microondas no se pueda introducir cualquier objeto de metal. De hecho, las mismas paredes del microondas están recubiertas de metal, para que las ondas se reflejen, como si las paredes fuesen espejos. Todo está recubierto de metal, menos un punto que es justo donde está el emisor de microondas. Si metes una cucharilla de metal en el agua, esta se calentará un poco pero servirá para romper la tensión superficial, ya que estás introduciendo un punto de nucleación, por lo que el agua podrá hervir cuando llegue a 100ºC. La verdad es que también puedes meter otro elemento en en el vaso, como por ejemplo uno de esos palitos de madera para remover las bebidas, pero los fabricantes intuyen que lo que tenemos más a mano es una cucharilla metálica.

Si metes en el horno microondas un objeto metálico y con puntas (por ejemplo, un tenedor), ya es otra historia. En ese caso los electrones, como en cualquier metal, se mueven libremente, y se acumulan en las puntas, con lo que el efecto es como en un pararrayos. Se puede llegar a formar chispas, que no son en realidad peligrosas si tienes tu microondas limpio y no hay dentro ninguna sustancia que pueda entrar en combustión. Si no es el caso, sí se podría prender fuego dentro del horno.

Tampoco hay peligro en usar en el microondas un recipiente que tenga algún adorno metálico, de los que el fabricante nos dice que no lo usemos. Lo más que puede pasar es que se caliente mucho el adorno y se estropee, además de que absorberá energía que hará que el calentamiento de la sustancia en su interior sea menos eficiente, pero nada más.

¿Meter algo de metal en el microondas es tan malo como hacerlo funcionar vacío? Sí, es lo mismo. Los objetos metálicos ya comenté antes que reflejan las ondas, como lo hacen las paredes metálicas del propio horno. Si se reflejan hacia el punto emisor de las microondas, poco a poco van calentando ese punto y el dispositivo emisor se puede dañar. Es malo para tu horno, así que lo peor que puede pasarte es que tengas que comprar uno nuevo.

Cómo se forman las bandas de nubes paralelas

No, no voy a escribir sobre los famosos “chemtrails”. Esa teoría conspiranoica, que afirma que algún maléfico gobierno nos envenena lanzando productos nocivos desde aviones, ya ha sido echada por tierra por muchísimos autores. En este caso voy a escribir sobre esas curiosas formaciones de nubes que se muestran como bandas paralelas, ahora nube ahora no, a sotavento (el lado opuesto al que está expuesto al viento) de montañas.

nubes onda

Autor: Don Collins, Warren Wilson College

Este tipo de nubes ondulatorias son un tipo más de nubes orográficas, es decir, nubes que se forman tras encontrarse las masas de aire con un obstáculo, como por ejemplo una montaña, que las obliga a ascender. Recientemente fue publicado en Youtube un vídeo donde el Profesor Mike Merrifield, de la Universidad de Nottingham, explica de una manera muy sencilla qué da lugar a este tipo de formación nubosa.

Para quien no sepa inglés, y de una forma muy simplificada: las masas de aire chocan con la montaña y son obligadas a subir. Entonces se encuentran con una atmósfera estratificada, donde hay menor densidad en las capas más altas. La masa de aire se comporta, como se ve en el vídeo, como un globo lleno de aire, y todo se basa en el concepto de flotabilidad que todos conocemos. Cuando la masa de aire asciende, se encuentra rodeada de aire menos denso que ella, con lo que no puede flotar, así que desciende hasta encontrarse rodeada de aire más denso, con lo que tampoco puede permanecer allí, así que vuelve a ascender, y así todo el rato. La frecuencia con la que asciende y desciende es la frecuencia de Brunt-Väisälä (N) de la que Merrifield habla al principio del vídeo. Si tenemos aire con un contenido dado de humedad y empieza a oscilar, cuando sube puede llegar a un punto en que se enfría lo suficiente para que la humedad condense y se forme nube, pero como en esa oscilación vuelve a descender….la nube en algún momento se evapora. Subiendo y bajando, la masa de aire se transforma en nube arriba y la nube desaparece abajo.

Ahora tenemos que imaginar al aire viajando en línea recta, como por ejemplo en el vídeo de Este a Oeste. Si se mueve de una dirección a otra, pero a la vez es obligado a subir y bajar, lo que tenemos es un movimiento ondulatorio. A partir del minuto 2:27 del vídeo se puede ver muy claro. Nos dice el Profesor Merrifield en el vídeo que la frecuencia de oscilación en la atmósfera es típicamente del orden de 100 s, y que podemos considerar que el aire típicamente esté viajando a una velocidad de unos 10 m/s, por lo que la separación entre banda y banda de nube es de alrededor de 1 km.

Hay otros factores que hacen que la oscilación de las masas de aire al final se vaya amortiguando hasta que no se formen más bandas de nubes, pero sí que pueden ocupar extensiones muy grandes de cielo. A continuación muestro algunas fotografías de formaciones nubosas de este tipo.

nubes onda

Fuente: Wikipedia

nubes onda

Fuente: Wikipedia

nubes onda

Fuente: Wikipedia

Este tipo de nubes son uno de esos espectáculos que aveces nos brinda la naturaleza. Espero que este texto contribuya a que más gente, cuando levante la vista al cielo y las vea, entienda por qué están ahí.

Ondas en las cuerdas de un contrabajo

Cuando se pulsa una cuerda de un instrumento musical, por ejemplo de una guitarra o un bajo, se produce una oscilación que se transmite a lo largo de la cuerda y esta vibra con una determinada frecuencia, que es la que determina qué nota está sonando. Esta es la teoría y todos conocemos los típicos dibujitos de las ondas que usamos en clase para explicar el movimiento ondulatorio. Sin embargo, es muy difícil percibir visualmente este movimiento en las cuerdas de los instrumentos.

En este vídeo, gracias a la manera de captar las imágenes de las cámaras digitales (escaneando la escena rápidamente de arriba a abajo) se puede ver el movimiento de las cuerdas de un contrabajo en tiempo real, y es alucinante!

Ojo, no es un vídeo a cámara lenta: la secuencia está totalmente a tiempo real.