Mi contribución al 4º Carnaval de la Física

Esta entrada forma parte del 4º Carnaval de la Física. Esta vez está organizado por @raelga, del blog RTFM.

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Si alguna vez has visto «el tiempo» en alguna cadena anglosajona (BBC,CNN, etc.), te habrás dado cuenta de que 77º son una temperatura ideal. Como para todo (yardas, galones, pintas y conducir por la izquierda), usan unidades de medida distintas a las normales. Para la temperatura utilizan la escala Fahrenheit, establecida por Daniel Gabriel Fahrenheit.

Toda escala de temperaturas necesita de dos puntos fijos, que son sucesos que ocurren siempre a la misma temperatura. En el caso de la escala Celsius (la que utilizamos en el día a día), estos fenómenos son el cambio de fase agua-hielo a 0ºC y el punto de ebullición del agua a 100ºC.

Pues bien, Fahrenheit tomó otros dos puntos de referencia para su escala. Los 0º F corresponden a -17.78ºC, que es la temperatura que alcanza una mezcla de hielo, agua y cloruro de amonio. El objetivo de Fahrenheit era eliminar las temperaturas negativas, y consideró que esta mezcla alcanzaba la temperatura más baja posible. Actualmente sabemos que esta temperatura es de 0 K, -273.15ºC.

El punto fijo que usó como referencia «superior» tiene algo más de gracia. A este punto fijo le asignó en un principio la temperatura de 96º F, pero en una posterior recalibración se le dio el valor de 100º F.

Existen varias versiones de qué usó como referencia:

-Su propia temperatura corporal, pero tenía un poco de fiebre. Versión Wikipedia.

-La temperatura del recto de una vaca. Versión de mi profesor de física en la universidad.

Personalmente, ante las dos versiones me inclino más por la segunda. Más que nada porque es más divertida ;). Tras la traumática experiencia del termómetro, para aguantar la presión de los medios de comunicación, la vaca cambió de nombre, se tiñó el pelo, se fue a vivir a Suiza y ahora es la imagen de una conocida marca de chocolates.

Ninguna vaca fue dañada en el transcurso de este post.

Un día en el dentista

Lo que veis arriba no es otra cosa que Molly, una de mis muelas del juicio, que eran perezosas y les dio por salir tumbadas. Como no era cuestión de dejarlas ahí tumbadas, me mandaron a extraerlas.

Una vez en el dentista, anestesiaron la zona, me abrieron la encía (perdón para los que seáis algo remilgados), y procedieron a sacar la muela. Con la fresadora facilitaron un poco la labor (esto parece ya Bricomanía), y el dentista empezó a tirar. Con fuerza tiraba el amigo, pero la muela no salía. Hasta que al final, tironeando un poco más, salió.

El caso es que ahí tirado en la silla, me pregunté, ¿cuánta fuerza tendrá que hacer el dentista para sacarme la muela? Pues si quieres ser físico, tendrías que saber calcularla. Así que allá vamos:

Para saber como de cachas está el dentista, primero vamos a tener que hacer unas suposiciones, para simplificar las cosas:

– Consideremos que el diente está «soldado» a la mandibula (por lo que me dijo el dentista, en mi caso eso era casi cierto), y que además son del mismo material: el hueso.

– Además, consideraremos a mi muela como una barra sólida, algo de más o menos el siguiente aspecto:

Las flechas representan la fuerza que hace el dentista (hacia arriba, para sacar a Molly de su sitio), y hacia abajo (la fuerza que hace el hueso de la mandíbula para mantener a Molly en su sitio).

Pues bien, todo sólido, dentro de unos límites, se comporta de manera elástica (es decir, que al tirar de él se deforma, pero al cabo dejar de actuar la fuerza que lo deforma, vuelve a su longitud original). Su grado de elasticidad viene dado por el módulo de Young (Y):

Y=(F/A)/(ΔL/L). Donde F es la fuerza a la que está sometido el sólido, A es el área, ΔL es la elongación del cuerpo, y L es la longitud inicial del sólido. Pero esto vale tan sólo dentro de unos límites. Cuando el sólido está sometido a una fuerza superior a un determinado valor, que depende del sólido en cuestión, ya no recupera su longitud,y a partir de otro valor superior, nuestra muela ya no aguantará más, y se romperá, es decir, que ya nos lo habrán sacado.

Es este último caso el que nos interesa. Para el caso del hueso, la resistencia a la tracción es de 200 MN/m². Esto quiere decir, que para un hueso que tenga 1 m² de sección (menudo hueso), la fuerza que tenemos que aplicar es de por lo menos 200 MN (200×10⁸ Newtons).

Molly tiene unas dimensiones de 10×10 mm² aproximadamente. Así que su área mide 10^-4 m². Por lo tanto, el dentista tendrá que hacer 2 MN de fuerza. ¡Eso es una barbaridad!

Es obvio que hemos fallado en algo, porque un músculo no puede desarrollar esa fuerza. ¿Os acordáis de la primera suposición? Hemos supuesto que el diente estaba soldado al hueso, que era un pedazo de hueso. Pues bien, ahí hemos errado, ya que nos parte del hueso, está adherida, y por lo tanto no está tan bien unida al hueso.

Pero por lo menos ahora sabemos que es imposible que podamos romper un hueso con las manos, estirando de sus extremos.

¿Cómo afina la guitarra un físico?

Después del último post, algo reivindicativo, retomo el blog con una entrada algo más «física».

¿Cómo afina la guitarra un físico? Si es que somos especiales hasta para eso. Tiene que ver algo con el concepto de resonancia y con el de pulsaciones. Concretamente con la resonancia acústica.

Como sabréis, cada cuerda de la guitarra está afinada a una frecuencia distinta, es decir, si la pulsas al aire (sin tener ningún dedo en los trastes de la guitarra), sonan diferentes notas. Concretamente (de agudo a grave): Mi Si Sol Re La Mi. Para afinar la guitarra de oído, lo que se hace es tocar una cuerda al aire, y después se toca esa misma nota en la cuerda inmediatamente anterior. Como en este vídeo:

Bueno, ahora vayamos a la parte física.

La cuerda al vibrar, emite ondas acústicas, que se propagan por el aire y así es como percibimos su sonido. Ahora bien estas ondas, no son ondas armónicas simples, si no que están compuestas por varias ondas superpuestas. Esta superposición de ondas es la que permite que distingamos el sonido de una guitarra del de un piano (el timbre del sonido). La frecuencia «principal» por así decirlo es la frecuencia fundamental, que es la que nos da el tono.

Pues bien, al afinar una guitarra, solemos pulsar dos cuerdas que tienen prácticamente la misma frecuencia. Esto da lugar a un caso especial de interferencia de ondas: las pulsaciones o batidos.Estas pulsaciones producen un variación en la intensidad de la onda (lo que conocemos como volumen). En el vídeo no se puede apreciar muy bien, pero es lo que pasa en el minuto 0:45.  Entonces, al afinar una guitarra, un físico está pendiente de estas pulsaciones, que al desaparecer, nos indican que la guitarra está afinada, ya que ambas cuerdas vibran con la misma frecuencia.

Con la guitarra ya afinada, se da otro fenómeno curioso. Cuando tenemos pulsada una nota, y hacemos sonar en otra cuerda esa misma nota que teníamos pulsada, la primera cuerda empieza a vibrar. ¿Magia? No, aquí entra en juego el otro fenómeno que os nombraba al principio: la resonancia. Al estar las dos cuerdas «afinadas» a la misma frecuencia (en las dos suena la misma nota), al pulsar una, hace que el aire vibre a esa misma frecuencia, causando una diferencia de presiones (que nosotros percibimos como sonido), que se comunica a la otra cuerda que no hemos pulsado, y ésta empieza a vibrar.

Siento no poder poneros vídeos de ambos fenómenos, sobre todo el de las pulsaciones, que se escucha mal en el vídeo. Cuando tenga algo de tiempo, lo grabaré con mi guitarra y os lo subo.

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Imagen: http://www.eumus.edu.uy/eme/cursos/acustica/apuntes/material-viejo/fisica_r/