¿Por qué el cielo es azul?: La ciencia para todos
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Está especialmente pensado para niños y jóvenes de edades comprendidas entre los 10 y 16 años. Javier Fernández Panadero es licenciado en Ciencias Físicas por la Universidad Complutense de Madrid. Desde 1995 ha continuado su formación en diversos campos como la ingeniería y las ciencias de la salud, colaborando en actividades de investigación y publicaciones relacionadas con la holografía y la tele-educación.
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¿Por qué el cielo es azul? - Javier Fernández Panadero
¿Por qué el cielo es azul?
La ciencia para todos
Javier Fernández Panadero
Javier Fernández Panadero, ¿Por qué el cielo es azul?
Primera edición digital: septiembre de 2016
ISBN epub: 978-84-8393-557-6
© Javier Fernández Panadero, 2015
© Cubierta: Santiago Verdugo
© De esta portada, maqueta y edición: Editorial Páginas de Espuma, S. L., 2016
Voces / Ensayo 30
Nuestro fondo editorial en www.paginasdeespuma.com
No se permite la reproducción total o parcial de este libro, ni su incorporación a un sistema informático, ni su transmisión en cualquier forma o cualquier medio, sea este electrónico, mecánico, por fotocopia, por grabación u otros métodos, sin el permiso previo y por escrito de los titulares del copyright.
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Madera 3, 1.º izquierda
28004 Madrid
Teléfono: 91 522 72 51
Correo electrónico: [email protected]
Si deseas realizar cualquier consulta o sugerencia, o conocer la respuesta de nuevas preguntas, te invitamos a escribir al autor a
twitter.com/#!/javierfpanadero
o consultar su blog
lacienciaparatodos.wordpress.com
A mi hermana Mari, luz de bondad y sabiduría para el mundo.
A todos aquellos que alguna vez me enseñaron.
Nota Preliminar
¿Cuántas veces hemos oído una explicación de un científico y nos hemos quedado «enredados» en siglas, números, fórmulas...? Es curioso que creamos más inteligentes a los que menos se les entiende. Pero, ¿no lo supimos entender o no nos lo supieron explicar? Por otra parte, ¿es imposible que alguien que maneja esa información tan compleja me explique algo que yo pueda entender? ¿algo comprensible pero que también sea exacto?
Con esa idea se escribió este libro. Debe haber un punto medio entre el «atracón de matemáticas» y el «cuento de hadas» en el que los electrones tienen ojitos y sonríen.
En este punto medio intenta vivir este libro. A tu juicio queda decidir si se ha conseguido. Aún así, se incluyen «guiños» y referencias a conocimientos más profundos para aquellos que estén más avanzados en los diferentes temas.
¿Cómo leer este libro?
De ti depende, claro, pero aquí van unas recomendaciones. Debido a que las preguntas son unidades independientes ¿Cuántas veces hemos oído una explicación de un científico y nos hemos quedado «enredados» en siglas, números, fórmulas...? Es curioso que creamos más inteligentes a los que menos se les entiende. Pero, ¿no lo supimos entender o no nos lo supieron explicar? Por otra parte, ¿es imposible que alguien que maneja esa información tan compleja me explique algo que yo pueda entender? ¿algo comprensible pero que también sea exacto?
Con esa idea se escribió este libro. Debe haber un punto medio entre el «atracón de matemáticas» y el «cuento de hadas» en el que los electrones tienen ojitos y sonríen.
En este punto medio intenta vivir este libro. A tu juicio queda decidir si se ha conseguido. Aún así, se incluyen «guiños» y referencias a conocimientos más profundos para aquellos que estén más avanzados en los diferentes temas.
¿Cómo leer este libro?
De ti depende, claro, pero aquí van unas recomendaciones. Debido a que las preguntas son unidades independientes, hay diferentes formas de leerlo, puedes elegir una o combinarlas:
1. De un tirón. Al gusto tradicional, de la primera a la última hoja. Para que este tipo de lectura no se haga monótona, las preguntas no están ordenadas por temas. Puedes pasar de una pregunta sobre biología a otra sobre el cuerpo humano, a otra sobre tecnología, etc.
2. Consulta de términos. Conversando con amigos, oyendo la televisión, aparece un término que no queda claro. Puedes buscarlo en el índice analítico y ahí verás varias preguntas donde aparece. Si en alguna pregunta se trata especialmente esa cuestión, la referencia aparecerá en negrita.
3. Hojeándolo. Es un libro ideal para hojear, o para leer «a ratos». En el tren, autobús... En la playa... En el baño... Antes de dormir...
4. Saltando de una pregunta a otra. Al final de cada pregunta se indica otra que guarda alguna relación. Esta es otra forma de leer el libro, empezar en cualquier parte y dejarse llevar por las referencias que más curiosidad despierten, pudiendo leer también, de este modo, el libro entero.
Y... ya puedes empezar. Espero que te diviertas y que tus preguntas sean contestadas.
Agradecimientos
Este libro está dedicado a todos los que alguna vez me enseñaron algo. Aquí se cuentan las cosas tal y como llegaron a mí, después de escucharlas, leerlas, pensarlas y elaborarlas. Algunas veces cuando me enseñaron algo en particular, me pareció tan brillante la manera de decirlo o tan esclarecedor el ejemplo, que yo mismo los he usado tal cual en mi trabajo y mi vida. De hecho, cuando lo explico yo, recuerdo aquel día y a aquella persona.
Quizá algunos se reconozcan en historias que me contaron, explicaciones, ejemplos, detalles... Sirva esto también como un reconocimiento a todos ellos.
Esas personas son recordadas y están vivas dentro de los que aprendimos de ellas, y son innumerables los regalos que me dieron al compartir conmigo sus ideas y conocimientos.
***
Muchas son las personas que ayudaron a su producción, los que han leído el original dándome su opinión, los que me ayudaron a encontrar una editorial, a todos ellos, gracias.
Quizá millares los que compartieron todo este conocimiento conmigo, mis padres, mis hermanos, familiares, profesores, alumnos, amigos, compañeros, los autores de los libros que leí, las páginas web que consulté... También vaya mi agradecimiento para ellos.
1. ¿Por qué el cielo es azul?
Si subidos a un cohete, dejásemos atrás la atmósfera y miráramos al espacio, veríamos montones de estrellas, el Sol, la Luna, pero todo estaría brillando en un fondo negro oscuro. Entonces, ¿por qué desde la Tierra lo vemos azul? El origen de ese color azul está en la atmósfera, en el aire. Veámoslo.
La luz que viene del Sol, al pasar a través de la atmósfera, interacciona con las moléculas en un proceso que se llama scattering (dispersión). Las moléculas del aire dispersan la luz en todas direcciones. Este proceso es más eficiente cuanto más alta sea la frecuencia de la luz (en la zona visible del espectro, más eficiente para el azul o el violeta, y descendiendo por el arco iris hasta el rojo). Esa luz azul dispersada por la atmósfera nos llega a nosotros como si saliera del aire, dando ese bonito color al cielo.
En el atardecer y amanecer el Sol está más bajo sobre el horizonte y su luz recorre más distancia a través de la atmósfera que al mediodía. Así, aunque el proceso de dispersión del rojo es menos eficiente, debido al largo recorrido, también se dispersan los colores de menor frecuencia. Por esto al amanecer y anochecer el cielo se tiñe de colores cálidos; naranjas y rojos.
¿Qué es una estrella fugaz?, [105]
2. ¿Cómo puedo calcular la distancia con la vista y el oído?
Teniendo dos...
Quizá algunos piensen que tenemos dos oídos y dos ojos para tener repuestos, pero realmente nos sirven para calcular direcciones y distancias.
Con respecto a los oídos, el hecho de que el sonido llegue antes a uno que a otro, hace que podamos distinguir en qué dirección viene.
Con respecto a los ojos, tener dos ojos en la parte frontal (visión binocular), nos hace ser capaces de calcular la distancia a la que se encuentran los objetos y poder alcanzarlos con la mano, o poder saltar de rama en rama.
Para observar este hecho, tápate un ojo e intenta (sin mover la cabeza) coger un objeto, verás que no es tan fácil. En cambio, otros animales «prefieren» tener los ojos a los lados de la cara y ganar así campo visual.
¿Cómo aciertan los monos con la rama al saltar?, [109]
3. ¿Cómo funciona un botijo?
Un invento ingenioso y sencillo. El botijo no es simplemente un recipiente para el agua, el botijo realmente enfría el agua que está en su interior, sin enchufes, electricidad o gasto de energía alguno a nuestra costa.
El principio es muy sencillo, el botijo está hecho de cerámica, la cual es muy porosa. Así que el agua del interior puede evaporarse por esos agujeritos. Para pasar a estado gaseoso el agua necesita calor, y ese calor lo obtiene del líquido que queda en el interior, bajando su temperatura.
Evidentemente, los botijos de decoración si han sido pintados o lacados tapando esos poros, no «funcionarán».
¿Cómo «sube» el agua a las casas?, [7]
4. ¿Qué es mp3?
Es una manera de almacenar sonido de forma que ocupe muy poco espacio en memoria.
Este sistema da lugar a un tipo de archivo reconocible por cómo acaba su nombre. Por ejemplo: cancion.mp3 o musica.mp3.
El fundamento consiste en almacenar no el sonido en sí, sino su información en frecuencias (los datos que se ven en el indicador de un ecualizador). Esto hace que la cantidad de información a guardar sea mucho menor por dos razones. En primer lugar las frecuencias audibles están aproximadamente entre 20 y 20.000 Hz, con lo cual la información que está por encima o por debajo no hay que guardarla. Por otra parte, debido a algo llamado muestreo y que sería complejo explicar aquí, se puede dejar de guardar parte de información en las frecuencias audibles sin que el sonido cambie apreciablemente.
Haber reducido tanto el tamaño de los archivos de sonido ha provocado una avalancha de intercambio de música en la red, que está causando problemas con los derechos de autor y las compañías discográficas, ya que todas estas transacciones se suelen hacen sin pagar ni cobrar.
Los últimos reproductores de CD y DVD incorporan la posibilidad de reproducir ficheros mp3 que, por ejemplo, hayan sido copiados en formato CD. Algo similar en vídeo es el formato mp4.
¿Qué es Internet?, [20]
5. ¿Dónde va el agua de la ropa que se seca?
Lo primero que es evidente es que no va al suelo, a veces gotea algo, pero es claro que no se forma un charco con toda el agua que estaba en la ropa.
También se ve que si hace calor o es un día de viento la ropa se seca antes. Por lo tanto algo tendrá que ver con el aire.
La respuesta es que el agua pasa al aire en forma de vapor, se evapora. El agua queda disuelta en el aire, como cuando disolvemos sal en el agua, ni se ve, ni se aprecia cambio en el color del disolvente.
La cantidad de agua que «cabe» en el aire (a presión constante), tiene que ver principalmente con la temperatura. A más caliente, más agua se puede «meter» en ese aire.
Si el viento se lleva el aire que está cerca de la ropa, el cual ya está húmedo («lleno de agua») y acerca a la ropa aire seco, es más fácil que más agua de la ropa se evapore (se «meta» en el aire).
La cantidad de agua que hay en el aire, respecto a la que puede aceptar a una temperatura dada se llama humedad relativa, y se da en tanto por ciento. Una humedad del 100% quiere decir que ese aire no puede «disolver» más humedad, no que estemos metidos en una piscina.
¿Cómo funciona un botijo?, [3]
6. ¿Qué es la biodiversidad?
Aunque es difícil saber hacia dónde se dirige la vida como conjunto, parece apreciarse una tendencia a la diversificación, a la mayor variedad posible.
Los seres que no utilizan la reproducción sexual son normalmente idénticos a la generación anterior, lo cual genera poblaciones formadas virtualmente por el mismo individuo.
Con la reproducción sexual se consigue que la información genética de los «padres» se mezcle y recombine en la siguiente generación, obteniéndose poblaciones de individuos diferentes entre sí.
¿Qué ventajas podría tener la diversidad de especies y de individuos?
Esta estrategia resulta ser bastante útil ante cambios ambientales o enfermedades. La mayor variedad nos dará más probabilidades de que algunas de estas especies, o alguno de los individuos (dentro de cada especie), sobreviva con éxito.
Por lo tanto, se considera que la biodiversidad es ventajosa de cara a la selección natural.
En las sociedades modernas se considera la biodiversidad un bien a proteger para asegurar el futuro de las especies, el de la vida en su conjunto y nuestra propia supervivencia.
¿Qué es la consanguinidad?, [149]
7. ¿Cómo «sube» el agua a las casas?
Se basa en el Principio de los Vasos Comunicantes.
Si se llenan de agua dos recipientes de no importa qué forma o tamaño, y se comunican entre sí, el agua alcanzará exactamente la misma altura en los dos.
Digamos de manera sencilla que, si el agua de ambos vasos se pone en contacto, tendríamos de hecho un solo recipiente. El agua se repartiría de manera natural y alcanzaría el mismo nivel en todo él, sin aporte alguno de energía por nuestra parte.
Sin usar este principio podríamos usar bombas eléctricas, a gasolina o manuales, que funcionaran al abrir los grifos, pero no sería rentable.
Aplicando el Principio de los Vasos Comunicantes, se dispone un depósito más alto que las casas, de forma que el agua está «parada» en nuestro grifo, «deseando» alcanzar la misma altura que la que tiene en el depósito.
En teoría si rompiéramos nuestro grifo, el chorro saldría hacia arriba hasta alcanzar la misma altura que a la que está el depósito de la ciudad.
En la práctica, subiría algunos metros menos debido al rozamiento entre el agua y la tubería. Este principio también explica que salga con distinta «fuerza» en las distintas plantas.
Si la casa es muy alta, se puede colocar un depósito en la azotea. Para llenarlo se usan bombas que funcionan cuando detectan que el nivel del depósito ha bajado de determinado valor. Este procedimiento es mucho más eficiente que usar una bomba por cada vecino y grifo.
Muros y tabiques, [161]
8. ¿Tienen las estrellas realmente puntas?
Las estrellas son esferas incandescentes de plasma a millones de grados de temperatura, como nuestro Sol.
Algunas son más pequeñas aunque muchas de ellas son muchas veces más grandes que nuestro Sol.
Las estrellas no tienen puntas como las solemos dibujar. El efecto de verles puntas a las estrellas tiene que ver con las imperfecciones en los bordes de nuestra pupila (el agujerito por el que entra la luz al ojo), y con la gran distancia a la que se encuentra la estrella.
Podemos conseguir un efecto similar, con la luz de una farola lejana si cerramos mucho los ojos. Este efecto es producido por lo que se llama en óptica difracción de la luz.
¿Mirar por un agujerito para ver mejor?, [50]
9. ¿Por qué no oigo los silbatos para perros?
Todos nuestros sentidos tienen un límite.
Si la iluminación es muy baja no puedo ver y si es muy alta tampoco
Si algo contacta con mi piel suavemente puede que no lo sienta.
Si la concentración de la sustancia en el aire es pequeña no la oleré
Si alguien me habla muy bajito, no le oiré.
En estos casos no percibimos el estímulo porque es pequeño, pero a veces no