En estas fechas de vacaciones veraniegas para muchos, es probable que en uno u otro momento os encontréis cerca de grandes cantidades de agua, como piscinas, embalses, mares, ríos… Por ello, desde Átomos y Bits, siempre pensando en vuestra seguridad, os traemos este post donde trataremos de [...]]]> ¡Buenos días, queridos lectores!

En estas fechas de vacaciones veraniegas para muchos, es probable que en uno u otro momento os encontréis cerca de grandes cantidades de agua, como piscinas, embalses, mares, ríos… Por ello, desde Átomos y Bits, siempre pensando en vuestra seguridad, os traemos este post donde trataremos de poner de manifiesto las principales diferencias entre una explosión terrestre, subacuática y una implosión.

¿Qué creéis que es más peligroso: una explosión en tierra o en el agua? Dicho de otra forma, imaginad que tenéis una granada de mano junto a vuestra silla, mientras leéis Átomos y Bits, o una granada en la piscina mientras os váis a bañar. Para aquellos que hayáis elegido saltar al agua en vez de soportar la explosión en tierra… tenemos malas noticias para vosotros: habéis tomado una decisión desastrosa.

Si partimos de la base de que ambas explosiones (la acuática y la de tierra) tuvieran exactamente la misma fuerza y de que estuviéramos situados a la misma distancia de la detonación en ambos casos, la explosión subacuática (también conocida como UNDEX) sería mucho más peligrosa.

Por supuesto, la granada de mano en tierra tampoco es plato de gusto. Cualquier explosión es básicamente elementos que arden o se descomponen a una velocidad muy elevada. Esta reacción química (en algunos casos nuclear) produce una gran cantidad de calor y gas en un período de tiempo muy corto. Las reacciones químicas del explosivo descomponen las moléculas en gases muy comprimidos, liberando calor como resultado de este comportamiento. Estos gases se expanden muy rápidamente, y el calor acelera las partículas individuales de gas para aumentar la velocidad de la expansión aún más.

Coche catapultado por una explosión en tierra

Este gas en expansión, conocido en estos casos como onda de presión, es la clave de la fuerza destructiva de cualquier explosivo. Si la onda de presión es lo suficientemente rápida como para romper la barrera del sonido, genera una poderosa onda de choque. Así, una explosión en tierra puede quemar la piel, arrancar extremidades y propulsar objetos y metralla por el aire. Cuando la onda de presión viaja por el aire y encuentra un organismo, un animal, una persona… el cuerpo de dicho organismo refleja la mayor parte de la fuerza. Esto se debe a que existe una diferencia de densidades: las moléculas en la piel sólida, están más cerca, más unidas que las del gas en expansión. Sin embargo, ciertas partes del cuerpo contienen gas, lo que quiere decir que la densidad es la misma que la del gas en expansión de la onda de presión. Dicha onda golpea el cuerpo y mientras que, como decimos,  la mayor parte de ella es reflejada, otra parte consigue comprimir nuestros gases internos. Como resultado de esto, la víctima presenta las llamadas lesiones primarias, que típicamente afectan a los pulmones, oidos, intestinos… Estas cavidades con gas en su interior quedarían tremendamente dañadas, rompiendo y fragmentando tejidos.

Captura de la onda de presión al chocar contra el agua, disparando un proyectil de gran calibre.

En una explosión rodeada de aire, la atmósfera se comprime y absorbe parte de la energía del estallido. Esto hace disminuir el alcance mortal de la explosión. Sin embargo, el agua es incompresible (ojo, no confundir con incomprensible ), lo que quiere decir que en una detonación subacuática, el agua alrededor no absorberá la presión como lo hace el aire, sino que se moverá con ella. La explosión bajo el agua no impulsará la metralla tan lejos como lo haría una explosión en tierra, debido a la propia resistencia que el agua ejercería sobre los fragmentos en movimiento. Sin embargo, sí que transmitiría la presión con muchísima más intensidad a lo largo de una distancia más larga.

Si te quedaras fuera del alcance de la metralla en una explosión en tierra, prácticamente no sufrirías ningún daño. Pero si estuvieras a la misma distancia en una explosión bajo el agua, la onda de presión probablemente te mataría. Cuando esta onda llegara a tu piel, pasaría a través de ti, ya que en este caso sólo una pequeña parte de ella se refleja (porque ahora, la densidad de nuestro cuerpo se parece mucho más a la del agua que a la del aire). La onda golpearía las cavidades gaseosas de nuestro cuerpo e instantáneamente comprimiría dichos gases, lo que llevaría a vasos sanguíneos bloqueados, pulmones reventados, tejidos internos rotos, e incluso hemorragia cerebral. Esto podría hacer incluso implosionar las cavidades, debido a que la presión exterior sería mucho mayor que la interior. De hecho, cuando la onda de choque golpeara la superficie del agua o el fondo de la piscina, parte de ella rebotaría, causando aún mayores daños. Por tanto, veredicto: la explosión bajo el agua nos causaría mayores daños que en tierra.

Así pues, queridos lectores, no queremos desanimaros a que os bañeis este verano, pero recordad, hay que estar atentos, por si a alguien se le ocurre tirar explosivos en la piscina!

¡Hasta pronto!

Arquímedes por José Ribera. Museo del Prado.

Bienvenidos de nuevo queridos lectores, hoy me gustaría hablaros acerca de uno de los más [...]]]> “Un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido estático, será empujado con una fuerza vertical ascendente igual al peso del volumen de fluido desplazado por dicho cuerpo”

Arquímedes por José Ribera. Museo del Prado.

Bienvenidos de nuevo queridos lectores, hoy me gustaría hablaros acerca de uno de los más grandes genios de la historia del hombre, Arquímedes, y su famoso Principio. Imagino que todos conocemos la famosa historia en la que Hierón II pidió a Arquímedes (del cual, por cierto, era primo carnal) que verificase la autenticidad de su nueva corona de oro. Hierón II había entregado un lingote de oro puro a un orfebre y desconfiaba de si éste se había quedado parte del oro sustituyéndolo por plata o cobre.

Arquímedes no tenía del todo claro cómo demostrarlo y se pasaba el tiempo dándole vueltas al problema, pues, obviamente no podía fundir la corona para medir su densidad. Por aquel entonces Arquímedes ya intuía parte del que sería el principio de la hidrostática, pues había notado como el agua aumentaba de nivel al sumergir algo en ella y que, dentro del agua podía mover las piernas con más facilidad porque parecían “pesar” menos.

Dado que el agua es incompresible (es decir, no varía su densidad), al sumergir un cuerpo en ella, ésta debería desplazarse. ¿Cuánto? Pues fácil, la misma cantidad de volumen que se había sumergido en ella. ¿Por qué? Bueno, es lógico pensar que si en una bolsa de canicas meto, por ejemplo…ehh… un cubo de rubik! El volumen total de la bolsa será el de las canicas más el del cubo de rubik, ¿verdad? A menos que pudiese disminuir la distancia entre las canicas. Cómo el agua es incompresible y eso significa que no puede variar su densidad (la distancia entre las canicas) deducimos que el volumen desplazado, forzosamente, es el mismo que el del cuerpo sumergido.

Y aquí es donde nos cuentan cómo, mientras se daba un baño, llegó a su mente la solución al problema y salió corriendo por las calles de Siracusa desnudo gritando ¡Eureka! ¡Eureka!, que significa ¡Lo encontré! ¡Lo encontré! Pues bien, esta anécdota, según me enteré hace poco, es falsa.

¡Eureka! ¡Lo encontré!

De pequeño también nos contaron, o al menos a mí, que tomó la corona de Hierón II  y una cantidad de oro (Arquímedes era rico, por si no lo sabíais) igual a la utilizada para su fabricación. Preparó, además, unos recipientes iguales llenos de agua y sumergió la corona en uno y el oro en el otro. Según su propio Principio (el de Arquímedes, ¡claro!) el volumen de agua desalojado debería ser el mismo en ambos casos si la corona fuera de oro macizo. Sin embargo, parece que esta historia tampoco es todo lo fidedigna que debería, entre otras cosas porque si el método seguido por Arquímedes fuese exactamente el descrito apenas habría podido distinguir diferencias en los desplazamientos de agua. Enseguida veremos por qué. Para ello deberemos hacer algunos cálculos, todos ellos sencillos, así que no os asustéis.

Como ya hemos comentado, Arquímedes ya conocía el desplazamiento del agua y esa especie de flotación que parecían sufrir los cuerpos una vez sumergidos. Pero además, también se había fijado en que el cociente entre el peso de un cuerpo y su volumen (es decir, su densidad) parecía ser una propiedad intrínseca del propio material. Estableció la densidad del agua en 1 g/cm³, la del oro en 19,3 g/cm³ y la de la plata en 10,6 g/cm³.

Con estos valores podemos calcular el volumen de la corona. La corona más grande que se ha encontrado de los tiempos de Arquímedes pesa 714 gramos. Como puede que con el tiempo se hayan perdido alguna de sus partes vamos a aproximar su peso a 800 gramos. Por lo tanto, si la corona fuera de oro macizo tendría un volumen de 800 g / 19,3 g/cm³ = 41,450 cm³.

Si suponemos que el orfebre había cambiado un 30% del oro por plata, eso significa que la corona tendría 560 gramos de oro y 240 de plata. El volumen de la parte de oro sería de 560 g / 19,3 g/cm³ = 29,016 cm³ y el de la parte de plata de 240 g / 10,6 g/cm³ = 22,642 cm³ lo que haría en total una corona de 51,658 cm³.

Pues bien, ahora suponemos que para medir el desplazamiento del agua se utilizó un recipiente circular de unos 25 cm de diámetro. Esto nos da una base de (πr²) 491 cm². Podemos calcular cuánto sube el nivel del agua en cada caso simplemente dividiendo el volumen de cada corona por la superficie de la base del recipiente. ¿Por qué así? Pues porque al introducir la corona desplazamos una cantidad de agua igual al volumen de la corona y esa cantidad de agua debe repartirse a lo largo de la superficie del recipiente.

Por lo tanto, en el primer caso, con la corona de oro macizo, el agua debería haberse desplazado 41,450 cm³ / 491 cm² = 0,084 cm. Mientras que en el segundo caso, con la corona mezclada al 30% con plata, el agua debería haberse desplazado 51,658 cm³ / 491 cm² = 0,105 cm. Esto supone una diferencia entre ambos casos de 0,105 – 0,084 = 0,021 cm, o, lo que es lo mismo, ¡0,21 mm! No había manera de que Arquímedes pudiese medir tal diferencia en aquella época, por lo tanto ese no pudo ser el método seguido para demostrarlo.

Desplazamiento de fluido

Pero si eso utiliza el Principio de Arquímedes y aun así Arquímedes no pudo hacerlo de esa manera ¿cómo lo hizo? Pues bien, lo que hizo Arquímedes fue utilizar la parte de su Principio que dice que, además de desplazar el fluido, se genera un empuje vertical igual al volumen del cuerpo sumergido.

Esto significa que nuestra corona de oro macizo en el agua pesa sus 800 gramos menos los 41,450 gramos de agua que desplaza (ya que el agua tiene una densidad de 1 g/cm³), es decir, tiene un peso aparente de 758,55 gramos. Por otra parte, la corona falsa pesaría 560 g – 29,016 g más 240 g – 22,642 g , es decir, 748,342 gramos. Así, dado que la diferencia en peso entre las coronas es de 10,208 gramos y en aquella época si era medible tal diferencia, lo único que le quedaba por hacer a Arquímedes era introducir una balanza dentro del agua y medir la diferencia de peso entre la corona de Hierón II y su equivalente peso en oro. Si la corona hubiese sido falsa la balanza se habría inclinado hacia el lado del oro, pues la diferencia en volumen habría generado un empuje vertical mayor sobre la corona falsa que sobre la verdadera.

¿Cuál fue la conclusión en cuanto a la corona? ¿Era verdadera? ¿Era falsa? Pues la verdad es, amigos lectores, que no lo sé. He encontrado multitud de fuentes donde se dice que la corona era falsa, pero también he encontrado alguna otra fuente de peso que, mediante el método expuesto, afirma que Arquímedes demostró que la corona estaba fabricada en oro macizo. Así que lo dejo a vuestra elección. Ahora que sabéis cómo lo hizo el siracusano, podéis recrear la historia en casa a vuestro antojo.