¿Por qué te cambia la voz cuando enfermas o inhalas helio?
¿Por qué los aromas nos hacen recordar personas o lugares?
¿Dónde está el centro del universo?
Estas y otras preguntas las responderemos rápidamente hoy…
Hola, soy Cinthia Reyes, Premio Estatal de Innovación, Ciencia y Tecnología, categoría divulgación, Jalisco 2022. Analizo preguntas cotidianas, busco sus respuestas en artículos científicos (de preferencia recientes) y trato de traducirlos a un lenguaje más accesible de manera que las personas como tú y yo que no somos expertos, podamos beneficiarnos de los conocimientos científicos y aplicarlos en nuestra vida.
Las 10 preguntas que hoy vamos a analizar, las recibimos a través de una dinámica desarrollada en las redes sociales de la Feria Internacional del Libro en Guadalajara. Este video se ha creado para este evento como parte de las actividades de FIL Ciencia: El programa que FIL destina a la divulgación científica desde 2014 con el objetivo de fomentar vocaciones científicas.
1. ¿Por qué las burbujas de jabón son de color tornasol?
Antes de otra cosa déjame decir rápidamente que el jabón cumple una función muy importante gracias a su química. A veces pensamos que sólo enjuagarnos con agua es suficiente para quitarnos la mugre porque el agua es “todopoderosa” pero podríamos decir que hay dos tipos de moléculas: las que se llevan bien con el agua y las que no… la grasa de tu piel y muchas de las cosas que llamamos “mugre” son del grupo que NO se lleva bien con el agua…
La importancia de las moléculas de jabón es que de un lado son compatibles con el agua y por el otro son compatibles con las grasas y la mugre… por eso es que lavarnos las manos con jabón es útil, cada lado de la molécula cumple una función.
El lado afín a la mugre ayuda a atraparla y el lado afín al agua permite que la mugre atrapada por el jabón se pueda enjuagar.
Una burbuja de jabón es aire atrapado en una película de jabón mientras que la película de jabón es una especie de sándwich con agua en medio y dos capas de moléculas de jabón: una arriba y otra abajo.
La luz blanca que típicamente vemos, contiene todos los colores. Cuando ésta atraviesa la burbuja de jabón, se refleja en ambas superficies del sandwich, la interior y la exterior… estas ondas de luz, en algunas partes se empalman y refuerzan y en otras, se cancelan, eliminando algunos tonos.
El grosor del sandwich varía con la posición y literalmente cambia qué tonos son los que se refuerzan y cuáles son los que se cancelan, por eso en distintas posiciones de la burbuja vemos diferentes colores.
2. ¿Por qué cambia la voz con el helio?
Las ondas de sonido viajan a distintas velocidades dependiendo del medio que utilice.
Si alguna vez caminas por las vías del tren con alguien, y la otra persona se aleja suficiente y golpea la vía, podrías notar un sonido más rápido y agudo en el metal, y un sonido con retraso y más suave a través del aire.
La diferencia de densidad entre el metal y el aire es muy grande, lo que facilita notar el efecto.
A 20 Celsius, el sonido viaja a 927 metros por segundo en el helio y sólo a 344 metros por segundo en el aire. O sea que el sonido viaja 2,7 veces más rápido en el helio.
Cuando inhalas helio, obviamente exhalas helio… tus cuerdas vocales siguen vibrando como en cualquier otro momento, pero la propagación más rápida de las ondas sonoras en el helio modifica la resonancia en el tracto vocal, provocando una distorsión en tu voz.
Por cierto que el helio es un recurso natural NO renovable y no deberíamos desperdiciarlo.
3. ¿Por qué un aroma hace recordar ciertas situaciones?
Para empezar, el sistema olfativo depende de un conjunto de células nerviosas que tenemos encima de cada cavidad nasal. El tejido conformado por estas células se llama bulbo olfativo. Que por cierto, se activa no sólo cuando olemos un aroma sino también cuando saboreamos algún alimento (porque en realidad parte del sabor de la comida nos lo da el olfato).
Cuando los bulbos olfativos se activan al detectar moléculas, envían información al cerebro a través de los tractos olfativos.
Resulta que el sistema olfativo tiene una conexión directa y privilegiada con las zonas en el cerebro donde se lleva a cabo el procesamiento de las emociones y la memoria: la amígdala y el hipocampo.
A estas conexiones anatómicas se asocian:
Procesamiento emocional rápido al olor, una fácil formación de memoria olfativa y una fácil recuperación de memoria de episodios emocionales.
Sabemos además que en general, cuando nos emocionamos se provoca provoca la liberación de neurotransmisores que favorecen la consolidación de la memoria.
Todo eso se suma cuando tienes una experencia emocional importante como sentirte querido por tu abuelita que prepara esa comida que te encanta. Por eso la recuerdas cada que te llega el aroma.
4. ¿Dónde se encuentra el centro del universo?
La respuesta corta a esto es: No hay un centro del universo.
Si el universo es infinito, es imposible que tenga un punto central.
Si el universo es finito… hay más de una manera de conceptualizar pero por facilidad imagina lo siguiente: si la superficie de un globo fuera todo en el universo curvo… podríamos pensar que sí hay un centro pero, como sólo la superficie del globo es “universo”, el centro que imaginamos estaría “afuera del universo”…
Para hacer más complicado el asunto, nuestro universo es tridimensional, o sea que la superficie del globo sería más compleja de lo podemos imaginar. Pero seguiría cumpliéndose que un “centro” de nuestra representación, estaría “afuera” del universo… no podríamos ni verlo ni interactuar con él.
Por otro lado, percibimos que el universo se expande en todas direcciones lo que nos podría hacer pensar que cualquier lugar donde nos encontremos es “el centro” desde el cual se expande todo.
Cabe aclarar que en la ciencia, todas las ideas pueden ser refutadas por lo que quizás el día de mañana aceptemos un modelo cosmológico distinto que invalide todo lo que acabo de decir.
5. ¿Por qué el cielo cambia de color durante el atardecer?
La luz solar que llega a la Tierra incluye luz ultravioleta, todo el espectro visible y luz infrarroja.
Pero la luz solar interactúa con la atmósfera… Al mediodía, la distancia atmosférica que debe atravesar la luz es la más corta posible, mientras que en el atardecer la distancia es mayor.
Uno de los efectos de esto se ve en las mediciones de radiación ultravioleta a lo largo del día. Como te muestro aquí, típicamente al mediodía recibimos mayor radiación ultravioleta, justamente porque en esa posición la distancia atmosférica que atraviesa la luz solar es menor.
Algo análogo sucede con la luz visible… entre más distancia tiene que pasar la luz, hay más gases, vapor de agua y pequeñas partículas que atravesar… los tonos azules son los que se dispersan primero y entre más distancia y partículas tengan que atravesar, son los tonos que se van a ir perdiendo… por eso durante el atardecer, cuando la luz solar tiene que atravesar mayor distancia atmosférica, los tonos que quedan son los rojos, anaranjados y amarillos.
6. ¿Por qué nos cambia la voz cuando nos enfermamos?
La voz se produce por la vibración de las cuerdas vocales en la laringe. La longitud y el grosor de las cuerdas vocales determinan el tono de nuestra voz. Las cuerdas vocales más cortas y finas vibran más rápido y dan lugar a una voz más aguda..
Las cuerdas vocales más largas y gruesas vibran más lentamente y dan lugar a una voz más grave. Por eso los niños pequeños tienen voces más agudas y conforme llegan a la adolescencia y sus cuerpos crecen, se vuelven más graves.
Cuando enfermas, se produce inflamación de las estructuras que rodean las cuerdas vocales y las propias cuerdas. Esto provoca que vibren más despacio de lo normal y nuestra voz suene más grave.
Además, un aumento de producción de mucosidad es un síntoma común de las enfermedades respiratorias. Este exceso de mucosidad puede recubrir las cuerdas vocales, alterando su capacidad para vibrar con normalidad y afectando a la calidad de la voz.
7. ¿Por qué los mosquitos me escogen como comida y a otras personas cerca de mí no?
Hay estudios que han identificado que por ejemplo olores florales de los jabones pueden hacer que las personas sean más atractivas para los mosquitos.
Pero más allá de algún aroma que intencionalmente o no agreguemos a nuestro cuerpo, se estima que un 20% de las personas son particularmente atractivas para los mosquitos.
La razón es que hay distintas señales químicas que estos parecen seguir, por ejemplo los ácidos carboxílicos, que son componentes de nuestro sudor. Este también es un producto de los microbios que viven en nuestra piel.
Desafortunadamente, parece que detrás de la mezcla de componentes que deriva en nuestro particular olor corporal se encuentran nuestros rasgos genéticos.
Así que aunque puedes usar algunos repelentes, evitar jabones florales o sudar menos. Probablemente, toda la vida los mosquitos te preferirán.
8. ¿Por qué hay gente que puede escuchar colores o ver sonidos?
Este fenómeno se llama sinestesia. Permite a algunos individuos percibir conexiones entre sentidos aparentemente no relacionados.
La palabra sinestesia proviene del griego y significa «sensaciones unidas».
Se llama sinestesia grafema-color cuando letras o números se asocian a colores particulares.
Cromestesia cuando los sonidos se asocian a colores.
Sinestesia léxico-gustativa cuando las palabras o los fonemas desencadenan sensaciones gustativas.
Algunos investigadores sugieren que los sinestésicos pueden tener conexiones neuronales adicionales entre diferentes áreas sensoriales del cerebro. También hay quien sugiere que hay algún factor genético asociado porque hay familias donde esto sucede con mayor frecuencia.
Hay estudios que sugieren que las personas que experimentan sinestesia pueden mostrar mayores aptitudes creativas.
Se estima que la sinestesia tiene una prevalencia de alrededor del 4 % en la población, incluyendo a gente famosa como Lady Gaga y Billy Joel.
9. ¿Por qué si los átomos son mayormente vacíos los podemos ver y tocar?
Históricamente, al pensar en la materia, hemos tratado de “romperla” para ver de qué está hecha. Los humanos, por ejemplo, estamos hechos de órganos que pueden dividirse en células, que quizás midan unos 25 micrómetros, y las células tienen pequeñas cosas en su interior con funciones específicas llamadas organelos y debajo de ese nivel tenemos las moléculas. Las moléculas están formadas de átomos. Uno de los átomos más pequeños que existen, son los de helio que está representado aquí:
Los átomos suelen tener simetría esférica. Durante mucho tiempo, se asumió que los átomos eran fundamentales; su propio nombre, átomo, significa “indivisible”.
Pero experimentalmente se ha demostrado que los átomos están formados por partes aún más pequeñas: electrones y núcleos atómicos, donde encontramos neutrones y protones.
Los núcleos tienen un tamaño finito de unos femtómetros de diámetro… a una escala 100 mil veces más pequeña que el propio átomo.
Vamos a pensar por un momento en estas unidades que te estoy diciendo.
Esta de acá, insisto, es una representación de un átomo de helio. Este átomo mide aproximadamente 1 Ångstrom de diámetro.
1 Ångstrom equivale a 1 por diez a la menos 10 metros.
Y hay fuentes que hablan de que un electrón mediría unos 2.8 x 10 – 15 m, estamos hablando de 2.8 femtometros. Esta nube amplia sería el espacio donde los 2 electrones PUEDEN estar.
Entonces, si el núcleo del átomo que te he mostrado está también en la escala de los femtómetros… cuando el propio átomo mide 100 mil veces más. De ahí viene la pregunta: si más del 99% del espacio del átomo, no es ni el núcleo ni sus electrones… entonces está vacío…
y si todo ese espacio en el átomo está vacío ¿podemos ver y tocar al átomo?
El asunto es que el comportamiento del átomo NO es el de un espacio vacío y regresamos a la imagen de hace un momento del helio… esta nube amplia que es donde los electrones PUEDEN encontrarse, está cargada negativamente y eso significa que en caso de que se acerque otro electrón, éste sería repelido por tener cargas similares. Este es un principio fundamental del electromagnetismo.
Yo sé que suena extraño que si el electrón es super pequeñito… ocupe todo el espacio de la nueve… lo que sucede es que el electrón se mueve a una fracción de la velocidad de la luz y lo mejor que podemos saber es dónde es probable que se esté moviendo… ese “donde” son estas nubes.
Este video no pretende ser una amplia explicación sobre el modelo atómico pero quiero que sepas que la nube de probabilidad del átomo no sólo tiene esta forma que te he estado mostrando. Esta otra imagen muestra, para el átomo de hidrógeno con 1 sólo electrón… las distintas formas que puede tomar esa nube de probabilidad de posiciones de ese electrón:
Estas formas dependen del nivel de energía de dicho electrón. La forma elegante de llamarle a los distintos niveles de energía de los electrones es con algo que llaman sus números cuánticos.
Y esto es porque precisamente la mecánica cuántica, tiene una explicaciones de cómo se comporta el átomo… una de esas explicaciones se llama “principio de exclusión de Pauli”, que podemos traducir con el hecho de que dos electrones no pueden tener los mismos valores en sus números cuánticos y eso se traduce en que dos electrones no pueden ocupar la misma forma de estas de acá… y eso significa que dos electrones no podrían ocupar el mismo espacio físico al mismo tiempo…
y macroscópicamente eso lo podríamos traducir en que POR ESO… los espacios de los átomos se respetan… o “se tocan” en lugar de invadirse…
Una forma alternativa de pensar esto es decir que de hecho entre la fuerza electromagnética y la imposibilidad de la superposición de las formas de estas nubes donde están los electrones… cuando te sientas en una silla, técnicamente tus átomos están “flotando” impidiendo que de alguna manera lleguen a atravesar la silla.
Cabe aclarar que intentar explicar cabalmente todas las ideas de la mecánica cuántica relacionadas a esta pregunta sería muy amplio… evidentemente aquí estoy sobresimplifiando.
10. ¿Cómo funciona la fuerza del viento (aire)? ¿Qué lo provoca?
Interpreto esta pregunta como: ¿por qué hay viento?
La Tierra está girando y moviéndose todo el tiempo. Eso provoca que la luz que recibimos del Sol caliente de manera desigual distintas partes de la superficie terrestre. Además, la superficie de nuestro planeta también tiene características diferentes: tenemos vastos océanos, desiertos, montañas, llanuras, zonas polares.
Y por ejemplo, la luz que llega a una zona polar es “rebotada” al menos parcialmente al espacio, por ser de color claro… mientras que el profundo océano tiene un color mucho más oscuro, significando eso que absorbe más radiación.
El aire atmosférico no es ajeno a la radiación que recibe la superficie o su temperatura.
Ahora, la temperatura es una medida de la energía cinética media de los átomos y las moléculas. En otras palabras, a mayor temperatura, más necesidad tienen de moverse los átomos y las moléculas.
Piensa en las moléculas del agua y cómo cambian de fase… a una baja temperatura, el agua necesita moverse muy poco y hasta forma estructuras cristalinas… si le agregas más energía al sistema llega el punto en que esta necesidad de moverse de las moléculas se traduce en que las moléculas ya no tendrán una estructura cristalina, tendremos un fluido líquido… si le sigues agregando energía al sistema, esta necesidad de moverse de las partículas será aún mayor y pasará a ser un fluido gaseoso.
En un gas, entre más energía tengan las moléculas, es mayor la necesidad de moverse y eso significa que la densidad del gas va a disminuir… porque la misma cantidad de materia gaseosa va a necesitar más volumen para poderse mover.
Por eso el aire más cálido es menos denso… y si es menos denso, flota más… se eleva…
Ahora piensa en el aire arriba de un océano oscuro… cerca de la superficie del agua tenderá a recibir calor del océano… al calentarse bajará su densidad y se elevará… mientras que aire que estaba en la zonas más elevadas de la atmósfera con una menor temperatura, tiende a lo opuesto: tendrá mayor densidad y buscará cambiar de posición con el aire más ligero.
A esto se llama en meteorología: diferencias de presión atmosférica. El gas NECESITA moverse… y eso se traduce en presión. Esa necesidad de movimiento de las corrientes de aire, literalmente es lo que forma el viento.
La forma en que típicamente se expresa esto es la siguiente:
A medida que el aire se calienta, se vuelve menos denso y se eleva, creando zonas de baja presión. A la inversa, el aire más frío es más denso y se hunde, creando zonas de alta presión.
Entre mayor sea la diferencia de presión en dos zonas, más fuerte será el viento que produzcan.
Estas fueron las 10 preguntas elegidas en la dinámica de redes sociales de la Feria Internacional del Libro en Guadalajara.
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