Respuestas sorprendentes a preguntas cotidianas
14. ¿Por qué, a veces, tocar el coche da calambre?
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CAPÍTULO
14
¿Por qué, a veces, tocar el coche da calambre?
Pocas cosas hay más molestas que un calambre inesperado, pero los calambres son aún más irritantes y desconcertantes cuando provienen de un lugar que, a primera vista, no debería tener ningún motivo para castigarnos con una descarga eléctrica. Uno de esos lugares traicioneros es la carrocería del coche. ¿Por qué demonios hay veces que salimos del vehículo, apoyamos la mano sobre la puerta y nos pega una sacudida eléctrica? ¿De dónde diantres sale esa electricidad, si por la superficie de metal no pasa ningún tipo de corriente? ¿Acaso es obra de Satanás, que se dedica a hacernos la puñeta en momentos aleatorios con la finalidad de incitarnos a proferir alguna blasfemia y facilitar nuestro ingreso en el infierno?
Me inclino por esta última hipótesis, desde luego.
Pues tienes toda la razón, voz cur... No, no, es broma.
La causa de este incordio es la electricidad estática, un fenómeno que puedes poner a prueba en tu propia casa cogiendo un trozo de ámbar y frotándolo con vigor contra la crin de un caballo o el pelaje de una liebre. A continuación, coge algún objeto ligero, como por ejemplo una brizna de heno o la pluma de un faisán, y, si todo ha ido bien, cuando le acerques el ámbar, se verá atraído mágicamente hacia él y se quedará pegado a su superficie.
¿Y no hay otra manera de hacer este experimento con materiales más..., no sé, comunes?
Perdona, voz cursiva, estaba dando las instrucciones con los materiales del siglo VI a. C., que debía de estar usando Tales de Mileto cuando descubrió este fenómeno. En realidad, el mismo efecto se puede conseguir de manera bastante menos glamurosa frotando un globo con un jersey de lana o con vuestro pelo, si quieres una opción más vegan friendly (o con el pelo de otra persona, en caso de que la alopecia te impida disfrutar de la ciencia). En cuanto te canses de frotar el globo, acércalo a unos trocitos de papel de váter y... ¡sorpresa! ¡El papel de váter se quedará pegado a la superficie del globo!
¡Vaya, qué efecto más curioso y menos glamuroso! ¿Qué tipo de magia está ocurriendo entre la superficie del globo y el papel de váter?
Pues no es cuestión de magia, voz cursiva, sino de la electricidad estática que generamos durante el frotamiento entre el globo y el cabello. Y, para variar, en su nivel más fundamental, el culpable de este fenómeno es el movimiento de los electrones.
En primer lugar, este mecanismo se conoce como efecto triboeléctrico, y su nombre es una referencia a la capacidad que tiene el ámbar para producir electricidad estática a través de la fricción. El término proviene del griego tribo-, «fricción», y elektron, que es como llamaban al ámbar.
El efecto triboeléctrico ocurre porque, cuando se frotan ciertos materiales que no conducen la electricidad particularmente bien, algunos electrones de la superficie de uno de ellos pueden llegar a transferirse a la del otro. De este modo, una de las superficies acaba con menos electrones de los que tenía originalmente y la otra adquiere electrones adicionales que ahora le sobran... O, dicho de otra manera, una de las superficies adopta una carga eléctrica positiva y la otra obtiene una carga negativa.
De hecho, el motivo por el que nuestro pelo se pega a la superficie de un globo cuando lo frotamos con nuestra cabeza es que, durante el proceso, nuestro pelo cede electrones a la superficie del globo y adopta una carga positiva, mientras que el propio globo adquiere una carga negativa. Y, como las cargas eléctricas opuestas se atraen, nuestro pelo se verá atraído hacia la superficie del globo.
Este ejemplo tiene sentido, pero ¿por qué el globo es capaz de atraer también trozos de papel de váter sueltos, si nadie les ha proporcionado ninguna carga eléctrica?
Buena pregunta, voz cursiva. En este caso, la carga negativa del globo repele los electrones del papel de váter y los «desplaza» hacia el lado opuesto de sus moléculas. Como resultado, el extremo más cercano al globo de cada molécula que contiene el papel desarrolla una ligera carga positiva (además de una carga negativa en el lado contrario) que se ve atraída hacia la superficie del globo.1
Ah, vale, vale. Pero este fenómeno no ocurre con todos los materiales aislantes, ¿no? Si, por ejemplo, me froto la cabeza con un ladrillo con mucha fuerza, no creo que genere electricidad estática... ¿O sí?
Por supuesto que la generarías, voz cursiva. Es más, según mis cálculos, generarías suficiente electricidad para abastecer varios centenares de viviendas unifamiliares.
¡¿De verdad?!
¡Pues claro que no!
Lo que sí es cierto es que algunos materiales aislantes facilitan la formación de electricidad estática más que otros porque tienen una mayor tendencia a donar o acumular electrones. Por ejemplo, el aire seco, el vidrio, el pelo de conejo, el nailon o la lana son buenos donantes de electrones, mientras que el ámbar, la goma, el poliéster, el poliuretano o el PVC tienden a acumularlos mejor. Además, cuanto mayor sea la tendencia de donar y acumular electrones de los dos materiales involucrados en el frotamiento, más intensa será la electricidad estática generada. Si te interesa hacer pruebas por tu cuenta, los materiales aislantes están ordenados según su tendencia a donar o acumular electrones en la llamada «serie triboeléctrica». Te dejo un enlace a esta lista entre las «Notas».2
El caso es que el motivo por el que a veces nos pegamos calambrazos al salir del coche es que el rozamiento entre determinadas combinaciones del tejido de nuestra ropa y el de la tapicería del asiento generan electricidad estática a través del efecto triboeléctrico cada vez que nos removemos en nuestro sitio. Por ejemplo, si la funda del asiento de nuestro coche es de cuero y llevamos puesto algún tejido de poliéster o de lana, nuestra ropa irá cediendo electrones al cuero durante el trayecto y nuestro cuerpo irá acumulando una carga positiva cada vez mayor. Como resultado, en el momento en que se detenga el coche, abramos la puerta y nos apoyemos en la carrocería para levantarnos del asiento, los electrones libres de la superficie metálica se verán atraídos por la carga positiva de nuestros dedos y se abalanzarán en tromba hacia nuestra mano en forma de corriente eléctrica. Y de ahí el calambrazo, claro.
Es más, si nuestros cuerpos han acumulado suficiente carga estática durante el viaje, los electrones se verán atraídos hacia nuestro cuerpo con tanta fuerza que saltarán de la superficie de la carrocería un poco antes de que nuestros dedos se posen sobre ella. Y, además de pegarnos el ya conocido calambrazo, esa corriente de electrones formará un pequeño arco eléctrico mientras cubre el tramo de aire que separa el metal de nuestros dedos (hablaré con más detalle de la formación de arcos eléctricos en el siguiente capítulo, no te preocupes). Ahora bien, aunque recibir un calambre es un incordio, estos pequeños arcos eléctricos pueden causar problemas mucho más graves cuando se dan las condiciones desfavorables adecuadas.
Por ejemplo, ahora que sabes qué provoca estas descargas, es posible que te creas más inteligente que el efecto triboeléctrico y que salgas del coche sin apoyarte en la puerta del vehículo la próxima vez que pares a repostar. Este gesto tan sabio te habrá librado de experimentar el intenso dolor que produce un pequeño calambre, sí, pero ahora te estarás paseando por una gasolinera acompañado de una carga eléctrica positiva que no se ha podido neutralizar y estará lista para atraer los electrones de cualquier objeto al que te acerques y formar un arco eléctrico. Pero, claro, tú no serás consciente de ello –quizá porque no has terminado de leer este capítulo o porque lo has olvidado–, y acercarás la mano a la boca del depósito de gasolina para empezar a repostar sin saber que corres el riesgo de que los electrones de la carrocería del coche se vean atraídos por la carga positiva de tu mano y produzcan un arco eléctrico que puede llegar a incendiar los vapores de combustible que rodean la boca del depósito.
Bueno, a ver, tampoco hace falta que exageres...
Es cierto que intento darle un tono de broma al asunto, pero no estoy diciendo nada demasiado exagerado, voz cursiva.
En un informe del Petroleum Equipment Institute de 2010 se recopilan 175 casos de incendios en gasolineras que tuvieron lugar en Estados Unidos. De estos 175 incendios, 39 se produjeron cuando los conductores tocaron la zona que rodea el depósito justo antes de introducir la manguera, y otros 87 empezaron en cuanto los conductores sacaron la manguera del depósito, después de haberla dejado bombeando de forma automática para volver a sentarse en el coche mientras repostaban.3 Teniendo en cuenta que no existía ninguna otra fuente de ignición reconocible en ninguno de estos casos, lo único que pudo haber causado estos incendios son las chispas generadas por la electricidad estática.
Ostras, ¿y qué debo hacer si no quiero ir por ahí incendiando gasolineras sin querer?
Bueno, tampoco te comas mucho la cabeza con este tema, voz cursiva, porque en el informe se aclara que es un fenómeno muy infrecuente, y una prueba de ello es que, en el periodo en el que se registraron estos 175 incidentes, seguramente se produjeron millones de repostajes.
De todas maneras, puedes evitar los calambrazos tocando el metal de la puerta del coche o el cristal de la ventana mientras sales del coche, antes de que tus pies toquen el suelo. Existen otras soluciones, como comprarse zapatos especiales que tienen suelas que conducen la electricidad, o no ponerte cierto tipo de ropa mientras conduces... Pero, siendo sinceros, es mucho más fácil tocar el metal de la puerta antes de salir.
Los incordios que puede llegar a provocar el efecto triboeléctrico van mucho más allá de los pequeños calambres que a veces nos pega el coche.
Por ejemplo, durante la Segunda Guerra Mundial se observó que las comunicaciones con los aviones se interrumpían cuando volaban a través de una zona lluviosa porque las gotas de agua generaban electricidad estática al chocar a gran velocidad con su fuselaje. En cuanto el avión acumulaba una carga estática lo bastante intensa, se descargaba repentinamente al aire que lo rodeaba, y esa corriente eléctrica producía ondas de radio que interferían con los sistemas de comunicaciones de la aeronave, entre otros problemas. De hecho, la acumulación de electricidad estática sigue afectando a los aviones aún hoy cuando atraviesan condiciones de lluvia, nieve, hielo o polvo, pero se puede solucionar de una manera muy sencilla: como la electricidad estática tiende a descargarse a través de las zonas «puntiagudas», como las puntas de las alas, los aviones actuales llevan varillas de metal afiladas instaladas en diferentes puntos del fuselaje por las que la electricidad estática se va descargando poco a poco sin producir ningún chispazo.
El efecto triboeléctrico también es una fuente de dolores de cabeza cuando se manda un cohete al espacio, como ocurrió con el lanzamiento del Ares I-X, que debía tener lugar el 27 de octubre de 2009 y que tuvo que posponerse porque se detectó que su trayectoria lo llevaría a través de unas nubes altas que contenían diminutos cristales de hielo. En este caso, se temía que el rozamiento de esos cristales con el fuselaje generara suficiente electricidad estática como para producir arcos eléctricos que afectaran a las comunicaciones, dañaran los sistemas electrónicos o, en un caso muy extremo, incendiaran el combustible.4
Qué fuerte... La que pueden llegar a liar unos cristalitos de hielo.
Pues si eso te sorprende, vuelve a agarrarte los pantalones, porque este mismo mecanismo está detrás de uno de los fenómenos más espectaculares de la naturaleza: los rayos.
Todos sabemos que los rayos se forman en el interior de las nubes. Pero ¿qué es lo que genera toda esa electricidad, si lo único que hay en las nubes son simples gotas de agua líquida o pequeños cristales de hielo?
Hombre, pues teniendo en cuenta que llevamos medio capítulo hablando de la fricción y la electricidad estática, imagino que por ahí irán los tiros.
Buena observación. Una tormenta se forma allí donde entran en contacto una masa de aire caliente y otra de aire frío. A medida que el aire caliente menos denso asciende a través del frío, las partículas de hielo que están suspendidas dentro de la nube colisionan y se rompen, separándose en fragmentos pequeños que adoptan una carga positiva y otros más grandes con carga negativa.5 Mientras tanto, la gravedad y la corriente de aire ascendente van «ordenando» estas partículas de hielo según su tamaño, transportando las más pequeñas hacia la parte superior de la nube y dejando las grandes en la parte inferior. Como resultado, la nube acaba dividida en dos regiones: una parte alta en la que abundan las partículas con carga positiva y una capa baja con carga eléctrica negativa.
A medida que la tormenta se desarrolla y las dos capas acumulan cada vez más partículas de hielo, la carga negativa de la parte inferior de las nubes se acaba volviendo tan intensa que su repulsión eléctrica empieza a empujar los electrones que hay en el suelo hacia el extremo opuesto de sus moléculas. Como resultado, el extremo más cercano a las nubes de cada molécula que compone el suelo acaba adaptando una carga positiva, igual que ocurre en el caso del ámbar y las moléculas del trozo de papel de váter.
¡Ah, vale! ¡Y entonces es cuando las nubes se ven atraídas por la carga positiva de la superficie y caen al suelo, aplastando todo lo que encuentran a su paso con toneladas de agua!
¡¿Qué?! ¡¿Qué clase de tormentas acostumbras a ver tú?!
Bueno, no sé, has dicho que a las nubes y al suelo les pasa lo mismo que al ámbar y a los trozos de papel... Y tú mismo has dicho que los dos últimos se atraen y se quedan pegados cuando tienen carga electrostática.
Tienes razón, voz cursiva, acepto mi culpa. Lo que ocurre de verdad cuando la intensidad del campo eléctrico de una nube aumenta muchísimo es que los electrones sobrantes de la parte inferior de la tormenta se ven atraídos con tanta fuerza por la carga positiva del suelo que, de repente, se precipitarán en tromba hacia la superficie a través del aire y formarán un arco eléctrico descomunal que comúnmente se conoce como rayo.
Espera, espera. ¿No habíamos quedado en que el aire era un medio aislante? ¿Cómo es posible que los electrones sobrantes de la nube consigan llegar hasta la superficie a través de él?
Buena puntualización. Para entenderlo, volvamos a la analogía de la plaza abarrotada que hemos usado en el capítulo anterior.
Imaginemos que han pasado tres horas desde que terminó el Campeonato Mundial de Curling y la plaza continúa igual de abarrotada porque siguen regalando muestras de comida gratuita en la callejuela, y la gente que la ocupa se niega a avanzar hacia la plaza vacía. El ambiente se está empezando a caldear en la plaza abarrotada y la multitud agobiada se está crispando cada vez más. Y, de repente, ocurre lo inevitable: un tipo particularmente agresivo pierde los nervios, se lanza a la callejuela y comienza a abrirse paso entre la gente a empujones, separando a parejas y familias como si fuera una máquina quitanieves mientras intenta llegar a un lugar más espacioso desesperadamente.
Al principio, la gente de la plaza abarrotada observa con desaprobación este comportamiento, pero en cuanto la gente se da cuenta de que el tipo está consiguiendo abrir un pequeño camino entre la aglomeración de la callejuela, el listón moral de la multitud se desploma y todo el mundo se lanza en tromba a través del canal que ha conseguido abrir ese Moisés moderno. Habrá empujones, fricción y, probablemente, también habrá heridos, pero, al final, toda la gente que sobraba en la plaza abarrotada conseguirá abrirse paso hasta el otro extremo de la callejuela a la fuerza y llegará a un lugar más espacioso.
Pues bien, resulta que ocurre algo relativamente parecido cuando un rayo se abre camino a través del aire: en condiciones normales, los electrones que sobran en la nube no pueden pasar a través del aire y llegar hasta el suelo porque los gases no poseen grandes cantidades de electrones libres, como los metales. Ahora bien, si la carga de la parte inferior de una tormenta aumenta lo suficiente, el campo eléctrico resultante en sus inmediaciones puede llegar a ser lo bastante intenso como para ionizar el aire que contiene, o, lo que es lo mismo, separar las parejas de átomos que forman las moléculas de oxígeno y de nitrógeno y liberar los electrones que los mantenían unidos. Hablaré con más detalle de la ionización en el capítulo 16, pero el caso es que los electrones de la base de la nube sí que pueden desplazarse a través de este aire ionizado lleno de electrones libres.
Y eso es precisamente lo que ocurre durante una tormenta: en cuanto los primeros resquicios de este camino de electrones libres aparezcan en el aire, todos los electrones sobrantes de la nube se lanzarán en tromba hacia él y empezarán a avanzar hacia la superficie separando las moléculas de gas que van encontrando a su paso, alargando ese camino lleno de electrones libres hasta que consigan llegar al suelo. Esa corriente de electrones que logra cruzar el aire a base de separar los átomos de sus moléculas es lo que conocemos como rayo, y, en realidad, este mecanismo es el mismo que produce los arcos eléctricos que nos dan un calambre en la mano cuando salimos del coche.
Entendido; eso significa que tengo la capacidad de generar rayos a mi antojo. ¿No tendrás por ahí el teléfono del profesor Charles Xavier? Me gustaría preguntarle si tiene alguna plaza libre en su residencia de mutantes con superpoderes.
No te tires el rollo, voz cursiva, que todos sabemos que nunca te has pegado un calambrazo al salir del coche porque no tienes cuerpo... Ni coche.
Además, aunque el mecanismo que produce el arco eléctrico es el mismo en los dos casos, la escala de la corriente eléctrica de los rayos es tremendamente superior a la de un simple calambre estático. Para que te hagas una idea, un rayo sacude las moléculas del aire con tanta fuerza mientras separa sus átomos que es capaz de calentar el gas hasta llegar a temperaturas de casi 30.000 ºC6 y convertirlo en plasma incandescente durante los aproximadamente treinta microsegundos que dura el evento (hablaré del plasma en el capítulo 16, no te preocupes). De hecho, el aire se calienta tan deprisa cuando un rayo pasa a través de él que el gas se expande de manera repentina, generando un gran frente de aire comprimido que se propaga por la atmósfera. Y si esas ondas de presión llegan hasta nuestros oídos y hacen retumbar nuestros tímpanos, oiremos el sonido que llamamos trueno.
¡Mentira! ¡Yo he oído truenos sin haber visto ningún rayo! ¿De dónde sale ese sonido, si no hay ninguna corriente eléctrica a la vista que haga que el aire se expanda, eh?
Eso es porque los rayos no siempre caen al suelo, sino que también se pueden desarrollar entre regiones que tienen carga eléctrica opuesta dentro de la propia nube. Por eso es posible oír un trueno, pero no ver el rayo que está oculto tras la espesa capa de nubes.
Vale, vale. Pero quería matizar una cosa que has comentado: los rayos no chocan siempre con el suelo como tal, sino que se ven atraídos por los puntos más altos del terreno.
Bueno, es cierto que los rayos tienden a caer sobre los puntos altos, pero eso no siempre es así. Un rayo es un fenómeno tan rápido que lo único que ven nuestros simples ojos humanos es un chorro individual de electrones que se propaga de manera más o menos vertical desde las nubes hasta el suelo. Pero si pudiéramos ver el mundo a cámara superlenta, veríamos que, en realidad, los rayos están compuestos por un montón de «tentáculos» eléctricos que descienden por el aire en muchas direcciones. En cuanto uno de estos tentáculos toca tierra, el camino repleto de electrones libres que ha abierto a su paso se convierte en el conducto por el que se descarga toda la electricidad acumulada en la nube, y el resto de los tentáculos desaparece. Sé que se trata de un proceso un poco difícil de imaginar, pero en las «Notas» dejo un vídeo en el que aparecen rayos grabados a cámara superlenta donde se puede apreciar este fenómeno con claridad.7
Ahora bien, parece que estos tentáculos eléctricos no se ven atraídos por ningún punto del paisaje en particular hasta que se encuentran a entre 15 y 35 metros del suelo. Durante este último tramo de su camino sí que tienden a descargar su energía contra el objeto más alto, pero solo si este se encuentra en su radio de influencia. O sea, que un rayo puede caer perfectamente sobre el suelo pese a que haya un poste muy alto junto al lugar del impacto. Y el motivo es que en cuanto el rayo alcanza la altura en la que empieza a ser atraído por los diferentes relieves de la superficie, ese poste en concreto simplemente estaba fuera de su radio de alcance.
Entonces, ¿significa eso que los pararrayos no sirven para nada?
No es eso, voz cursiva. Los pararrayos no son un método infalible, pero, desde luego, la probabilidad de que un rayo impacte sobre tu casa y produzca algún tipo de daño en la estructura del edificio se reduce mucho si tienes uno, ya que los rayos no solo tenderán a dirigirse hacia él, sino que, además, la instalación del pararrayos desviará la corriente hacia el suelo de manera segura.
Ya, claro, ¿cómo va un rayo a producir «daños» en un edificio de hormigón? ¡Si es electricidad! ¿Es que no aprendiste nada de Pokémon en su momento?
Pues, mira, al contrario de lo que sugiere Pokémon, la corriente de un rayo es tan intensa que puede llegar a reventar rocas macizas, ya que el paso de la corriente a través de la roca genera temperaturas de hasta 1.600 ºC que no solo hacen que se expanda violentamente y se formen grietas en su interior, sino que, además, debilitan el material que la compone al cambiar su composición química.8 Para que te hagas una idea de la cantidad de energía que se necesita para producir este tipo de cambios, el único otro fenómeno natural que es capaz de generar estas temperaturas en las rocas es el impacto de un meteorito... Así que, teniendo esto en cuenta, puedes intuir por qué no es raro que el impacto directo de un rayo produzca daños en la estructura de un edificio.
Pero, además, la corriente de un rayo puede provocar sobrecargas en la instalación eléctrica y desatar un incendio. De hecho, existe un informe que estima que los rayos provocan 22.600 incendios anuales en Estados Unidos, que a su vez provocan una media de 9 muertes, 53 heridos y 451 millones de dólares en daños materiales cada año.9
Dicho esto, el impacto de un rayo no siempre tiene consecuencias devastadoras, y, si se dan las condiciones necesarias, pueden producir efectos mucho menos tétricos y más curiosos.
Como aficionado a la geología, estoy acostumbrado a que la inmensa mayoría de los minerales que compro o encuentro sean el resultado de procesos volcánicos, hidrotermales o sedimentarios, pero hay un tipo de rocas llamadas fulguritas que solo se forman gracias a los rayos. En este caso, cuando un rayo cae sobre un terreno cubierto de arena o de tierra suelta y la corriente se transmite a través de él, las altas temperaturas que genera el «tentáculo eléctrico» a su paso pueden llegar a fundir los granos del material que lo rodea. En cuanto este material se solidifica, el resultado es una fulgurita, un tubo rocoso compuesto por granos unidos por material vitrificado que tiene la forma aproximada del camino que siguió el rayo mientras se propagaba a través del suelo, y cuya longitud suele rondar los pocos centímetros, aunque estos objetos pueden llegar a medir varios metros si se dan las condiciones adecuadas. De hecho, la fulgurita más grande conocida se extendía de manera discontinua hasta alcanzar una profundidad de treinta metros. Hasta donde he podido comprobar, el tramo más largo de este tubo de material medio vitrificado medía 4,88 metros de longitud.10
Eso sí, aunque la descripción de una fulgurita evoca imágenes de tubos de vidrio transparentes formados por la fusión de la arena impoluta de la playa, no te hagas ilusiones: las fulguritas son amasijos de granos de arena o tierra pegados entre sí por el material fundido, formando un churro que tiene una textura arenosa. No por ello dejan de ser objetos interesantes, por supuesto, pero desde el punto de vista estético no llaman demasiado la atención.
Otro detalle de las fulguritas que me ha parecido interesante es que también sirven para estudiar cómo era el clima en el pasado en una región concreta. Por ejemplo, hoy en día no se pueden formar fulguritas con frecuencia en la zona central del Sahara porque las tormentas son muy infrecuentes en este lugar, pero la abundancia de fulguritas en determinadas capas de la arena de esta región indica que se sucedían con mucha más frecuencia hacia el final del Pleistoceno, lo que es una evidencia más de que el Sahara no siempre ha sido un desierto inhóspito.11
Sí, sí, interesantísimo, pero llevo un rato dándole vueltas a algo que me inquieta mucho: si los rayos son capaces de reventar rocas y fundir la arena, ¿existe alguna manera de sobrevivir al impacto de un rayo? Imagino que no, porque una descarga de estas características te debe de freír de manera instantánea.
Pues estás de suerte, voz cursiva, porque casualmente es la pregunta que voy a analizar con más detalle en el siguiente capítulo. De todas maneras, te voy a hacer un spoiler: los rayos son unos fenómenos mucho menos letales de lo que parecen.