domingo, 11 de abril de 2010

Sobre nubes y claros


Paseando una mañana despejada, al punto del mediodía (cuando el sol se encuentra en su meridiano), es fácil apreciar que el cielo ostenta un espléndido azul zarco… Sería interesante saber por qué el cielo es azul y no de otro color.

Para esto necesitamos tener una idea intuitiva de lo que es una onda luminosa. Si cogiéramos un trozo de cordel y atásemos uno de sus extremos al pomo de una puerta, en tanto que el otro extremo lo sostuviésemos con la mano, podríamos hacer una recreación aproximada de una onda; a tal propósito, habríamos de mover arriba y abajo, de modo continuo, el extremo del cordel que sostuviésemos con la mano. Observaríamos una sucesión de cimas y valles, parecidos a los que se aprecian en los cordales montañosos, con la salvedad de que en este caso las cimas tienen la misma forma y altura y los valles son de igual profundidad. A la distancia comprendida entre dos cimas sucesivas (o entre dos valles sucesivos) se la conoce como longitud de onda ( λ).

La luz dimanada del Sol, que es blanca en su origen, está formada, como demostrara hace siglos el infatigable Isaac Newton (1640-1727), por luz de distintos colores, a saber: rojo, naranja, amarillo, verde, azul, añil y violeta; es lo que se conoce como espectro de colores de la radiación solar. El color rojo tiene mayor longitud de onda que el color azul, y, de modo paralelo, la luz roja es menos energética que la luz azul.

Tantos preliminares, ¿para qué? Observemos el cielo: ahora a mediodía presenta un atractivo color azul, y al atardecer se teñirá además de rojo. Se da la circunstancia de que la distancia en promedio que separa el Sol de la Tierra es la friolera de 150 millones de kilómetros (¡ahí es nada!), y a mediodía la luz solar recorre menos distancia para llegar a la Tierra que durante los momentos crepusculares. Hay que considerar, asimismo, que la atmósfera terrestre está compuesta mayoritariamente por nitrógeno (78%) y oxígeno (21%), gases éstos formados por moléculas de diminutos tamaños. Cuando los rayos solares penetran en la atmósfera describiendo amplios ángulos de incidencia, como sucede a mediodía, tales rayos van colisionando con las moléculas de nitrógeno (N2) y oxígeno (O2), y éstas dispersan los rayos en todas direcciones, a manera de lo que ocurre cuando un montón de bolas de billar chocan en un mismo punto del tablero de juego. Por causa del pequeño tamaño de las moléculas dispersantes, los colores azules se dispersan con más facilidad que los naranjas y los rojos, cubriendo por tanto el cielo de un vistoso tapiz azul (Haciendo uso de una terminología menos coloquial, en el caso que nos ocupa se verifica la ley de Rayleigh, según la cual se dispersan más fácilmente en la atmósfera los colores de longitudes de ondas cortas, tales como el azul y el violeta), algo similar al sonido de las campanas de una Catedral llamando al angelus, cuyo toque arrebatador se extiende por todos los rincones inmediatos, impidiendo percibir otros sonidos menores como el apacible gorjear de los pájaros.


Por otra parte, al atardecer los rayos solares inciden en ángulos más rasantes, y han de recorrer más distancia dentro de la atmósfera para ganar la superficie terrestre. Este camino más largo favorece la presencia en el cielo de colores tan espectaculares como el naranja y el rojo, que en términos generales no resultan dispersados por las moléculas de nitrógeno y oxígeno. Tenemos que tener además en cuenta que al ser ahora más largo el camino de los rayos solares que al mediodía, la práctica totalidad de la luz azul se ha dispersado mucho trecho atrás en la atmósfera, y de ahí la razón de que no podamos apreciar este fenómeno desde la superficie terrestre con la misma intensidad que la presencia de los naranjas y los rojos...

De súbito, por una esquina del cielo, asoma una nube blanca veteada de gris... Y surgen las inevitables preguntas para la mente inquieta: ¿A qué se debe el blanco de las nubes? ¿Y por qué algunas veces se tiñen con un gris amenazador?

Aprovechemos la ya consignada explicación del fenómeno de dispersión de la luz para responder estas preguntas. De sobra es sabido que las nubes están constituidas por ingentes masas de vapor de agua. Las moléculas de aire (oxígeno y nitrógeno en su mayoría) se mueven en todas direcciones a unas rapideces (Se prefiere utilizar el término "rapidez" para indicar el valor numérico de lo que habitualmente se conoce como "velocidad". Si quisiéramos hablar de velocidad propiamente dicha, no nos bastaría señalar el valor numérico, sino que asimismo habríamos de especificar la dirección y el sentido del movimiento, por cuanto la velocidad es lo que se denomina una magnitud vectorial) de vértigo, aun cuando nuestros sentidos no lo puedan percibir. Sin ir más lejos, el oxígeno molecular en condiciones estándar (1 atmósfera de presión y 25ºC de temperatura), alcanza la no desdeñable rapidez de 1720 kilómetros por hora. Las moléculas de agua se ven inmersas en medio de toda esa entelequia de tráfago molecular, y, debido a las inevitables colisiones con las moléculas de aire, acaban reuniéndose para formar gotas de gran variedad de tamaños (en esencia, una nube). La luz solar se introduce en la nube, y, motivo a la presencia de gotas de diversos tamaños, se origina todo un muestrario de luces dispersadas. Las gotas de menor tamaño dispersan más el azul que los otros colores; las gotas de tamaño algo mayor dispersan luces de longitudes de onda un poco mayores, por ejemplo, el verde, y las gotas más grandes dispersan el rojo. El resultado global es que la nube muestra una apariencia blanca, puesto que todas las gotas de agua que la forman son excitadas al unísono por la luz solar y vibran al mismo tiempo (en términos científicos, vibran en fase), y entonces reemiten luces de distintos colores que al combinarse ofrecen como resultado el color blanco. En consecuencia, las nubes no reflejan la luz solar, sino que a su vez son nuevas fuentes de luz.

Por otra parte, si la reunión de gotas de agua se hace más tumultuosa, las mismas absorben mucha de la luz que les llega y el porcentaje de luz dispersada se reduce drásticamente. Ésta es la causa de la apariencia oscura de las nubes formadas por gotas grandes, ya que bloquean el paso de la luz solar en su camino a la Tierra. Hay que apuntar que las nubes no llegan a ser totalmente negras, al menos no más que una sombra. Si continuase aumentando el tamaño de las gotas, éstas acabarían precipitando, produciendo la tan ansiada lluvia.

Como ejercicio práctico, ¿podrías hacer indagaciones sobre las clases de nubes que existen?

FUENTES CONSULTADAS

HEWITT, Paul G., Física Conceptual, México, 2004, Addison Wesley, 522-527.

PICAZO, Mario, Los grillos son un termómetro: curso práctico de meteorología, Madrid, 2004, Martínez Roca, 54-57.

MAESTRE ZAPATA, Julián Esteban, De villa a ciudad: Anécdotas físicas y químicas en Ciudad Real, Ciudad Real, 2006, Ediciones Stª Mª de Alarcos, 147-150.

WOLKE, Robert L., Lo que Einstein no sabía, Barcelona, 2002, Ediciones Robinbook, 172-173.

FERNÁNDEZ PANADERO, Javier, ¿Por qué el cielo es azul?, Madrid, 2004, Páginas de espuma, 21-22.

Julián Esteban Maestre Zapata.

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