Respuestas sorprendentes a preguntas cotidianas
8. ¿Qué pasa cuando un avión alcanza la velocidad del sonido? ¿Y por qué...
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CAPÍTULO
8
¿Qué pasa cuando un avión alcanza la velocidad del sonido? ¿Y por qué los globos de helio nos ponen la voz aguda?
Una cosa que siempre me ha parecido un poco molesta de los fuegos artificiales es que, si los ves desde lejos, el sonido del estallido de la explosión se oye unos segundos después de que aparezcan todas las chispas brillantes y coloridas. Sé que es una manía muy tonta, porque las leyes de la física funcionan así y no puedo hacer nada para evitarlo, pero, aun así, ese desfase entre la imagen y el sonido me mata un poco por dentro cada vez que la veo. Si no sabes de lo que estoy hablando porque nunca has visto un espectáculo de fuegos artificiales, no te preocupes, porque seguro que has experimentado este mismo retraso entre imagen y sonido durante una tormenta: a no ser que un rayo caiga delante de tus narices, el sonido del trueno que producen estas descargas también tarda unos segundos en llegar hasta nuestros oídos.
¿Y qué pasa con quienes nunca hemos visto fuegos artificiales ni tormentas? ¿Nos quedamos sin empatizar con esta introducción tan ilustrativa?
Buena observación, voz cursiva. Veamos... ¿Estabas en la región rusa de Cheliábinsk el 15 de febrero de 2013 por la mañana?
Afirmativo.
Entonces también experimentaste este fenómeno a las 9.20 horas de la mañana, cuando un meteoro de veinte metros de diámetro cruzó el cielo y reventó en el aire. Es más, apostaría a que el atronador sonido de la explosión llegó hasta ti unos segundos después del estallido, mientras mirabas la inmensa estela de polvo que dejó el meteoro a su paso.
¡Ah, sí! ¡Ya lo recuerdo! ¡Fue espeluznante!
Pues ahí lo tienes, voz cursiva. Si algún lector pertenece a esa pequeña minoría que no estaba en Cheliábinsk en ese momento, en las «Notas» dejo el enlace a un vídeo que grabó alguien que presenció el suceso para que se haga una idea de la magnitud del sonido de la explosión.1
Pero bueno, el caso es que todo el mundo sabe que la causa de este desfase entre la imagen y el sonido es que la luz se propaga por el espacio a casi 300.000 kilómetros por segundo, casi 900.000 veces más deprisa que el sonido, que lo hace a «solo» 343 metros por segundo en condiciones normales. O sea, que si algo produce un estruendo a una distancia de un kilómetro, por poner una cifra, la luz del evento llegará a nuestros ojos de manera casi instantánea, pero el sonido tardará tres segundos en alcanzar nuestras orejas.
Sí, sí, eso ya lo había oído. Lo que yo quiero saber es por qué el sonido no se mueve más deprisa a través del aire. ¿Es que hay algo que le impide propagarse más deprisa?
Sí, se lo impide el propio aire. Me explico.
En primer lugar, lo que interpretamos como sonido no es más que una sucesión de frentes de aire a alta y baja presión producidos por movimientos repentinos en el aire. Por ejemplo, el sonido de la explosión de un petardo es resultado del rápido empuje que los gases calientes en expansión producen sobre el aire que los rodea, pero estos frentes de alta y baja presión también se generan cuando el aire se comprime entre las superficies de nuestras dos manos cuando damos una palmada o incluso cuando se mueven las cuerdas vocales de tu vecino que se acaba de aficionar al canto gregoriano.
No sé... A mí esto de los frentes de alta y baja presión no me acaba de convencer.
Entiendo que el concepto puede resultar desconcertante porque puede ser difícil de imaginar, pero esos frentes de alta y baja presión se pueden visualizar como si fueran olas en el mar: igual que las olas son sucesiones de crestas altas seguidas de depresiones más bajas, las ondas del sonido están compuestas por frentes de aire que se encuentran a una presión mayor, seguidos de otros en los que el gas tiene una presión más baja. Si sirve como refuerzo adicional para la analogía, el aire de los frentes de alta presión es un poco más denso porque las moléculas que contienen están más juntas que en los de baja presión, donde la densidad es más baja.
El caso es que, cuando las ondas del sonido inciden sobre un objeto, los frentes de alta presión empujan la superficie y los de baja presión que llegan a continuación permiten que esta vuelva a su posición original. Este empuje que va y viene de las ondas sonoras es el motivo por el que los sonidos muy intensos son capaces de hacer que las cosas vibren y, además, de que podamos oírlos: los frentes de alta presión empujan nuestro tímpano hacia dentro y los de baja presión lo vuelven a «estirar» hacia fuera, produciendo un movimiento oscilatorio que nuestro cerebro traduce como sonido.
A ver si lo he entendido. ¿Eso significa que, cuando hablamos, las moléculas de aire que hay en nuestros pulmones salen disparadas por nuestra boca y forman esos frentes de presión que llegan hasta los oídos de los demás?
No exactamente, voz cursiva. Volviendo a la analogía de antes, las olas del mar no están formadas por masas de agua que se mueven de un lado a otro. Ese movimiento ondulatorio es el resultado de que las moléculas del agua se están moviendo verticalmente de arriba abajo y transmitiendo ese movimiento a sus vecinas, pero ninguna de ellas se desplaza hacia delante o hacia atrás. De la misma manera, el movimiento de nuestras cuerdas vocales sacude las moléculas de aire con las que están en contacto, y esas moléculas empujan a sus vecinas, que, a su vez, dan un empujón a las siguientes. O sea, que nuestras cuerdas vocales generan una cadena de empujones moleculares que empieza en nuestra laringe, se propagan por el aire hasta salir por nuestra boca, y luego recorren la atmósfera hasta que llegan a los oídos de nuestro interlocutor y menean sus tímpanos, transmitiéndole así nuestra voz.
Dicho así, el proceso de hablar y de escuchar da un poco de repelús.
Cierto, pero daría mucho más si no hubiera aire de por medio.
Aun así, si te sigue resultando difícil concebir esos empujones entre moléculas de los que está hecho el sonido, creo que visualizar una fila de fichas de dominó te puede ayudar: en cuanto tumbas la primera ficha, esa perturbación va avanzando a través de la fila a medida que cada una tumba la siguiente, pero las fichas en sí no se mueven de su sitio. Lo que se está moviendo a través de la fila no son las fichas en sí, sino la perturbación que hemos provocado al tumbar la primera. Pues en la transmisión de sonido a través del aire y en los empujones entre moléculas pasa lo mismo, solo que en tres dimensiones... Y a través de trillones de «fichas», claro.
Y ahora que sabemos que el ruido no es más que una cadena de empujones entre moléculas de aire, es fácil entender por qué los sonidos se propagan a una velocidad limitada: el movimiento producido por esos empujones no se transmite de manera instantánea entre las moléculas de los gases. De hecho, cuanto más masivas sean las moléculas de un gas, mayor será su inercia y más tiempo tardará cada una en empezar a moverse y colisionar con la siguiente de la cadena, así que la perturbación se propagará más despacio a través de ellas... Y la velocidad a la que se transmite el sonido será menor, claro.
Por tanto, la razón por la que el sonido solo se puede propagar a 343 metros por segundo en nuestra atmósfera en condiciones normales es que los empujones entre las moléculas de los diferentes gases que contiene solo permiten que se transmita a ese ritmo concreto, dada su masa.
Espera; entonces, ¿significa eso que el sonido se desplaza a una velocidad distinta a través de los gases que tienen moléculas más ligeras o pesadas?
Exactamente, voz cursiva. De hecho, hay que tener en cuenta que el aire de nuestra atmósfera es una mezcla de distintos gases con masas moleculares diferentes. Si nuestra atmósfera estuviera hecha de nitrógeno puro, el sonido se propagaría a través de ella un poco más deprisa, a 349 metros por segundo. En cambio, si la atmósfera solo contuviera oxígeno, la velocidad del sonido sería de solo 326 metros por segundo. Esto se debe a que las moléculas de oxígeno son un poco más masivas que las de nitrógeno, y, por tanto, a las perturbaciones que produce el sonido les cuesta un poco más moverlas, lo que se traduce en una velocidad de propagación un poco menor. Es más, si la atmósfera estuviera compuesta solo por dióxido de carbono, cuyas moléculas son aún más masivas que las del oxígeno, el sonido se transmitiría aún más despacio, a 267 metros por segundo.2
Siguiendo esta misma lógica, como el hidrógeno y el helio son los dos gases más ligeros, el sonido se propaga a través de ellos a toda leche, a 1.270 y 1.000 metros por segundo, respectivamente. Y en este dato reside el secreto para entender por qué el helio nos pone la voz aguda.
En primer lugar, hemos visto que lo que nuestro cerebro interpreta como sonido no es más que la vibración de nuestros tímpanos provocada por la sucesión de ondas de alta y baja presión que componen el sonido. Ahora bien, ese sonido nos parecerá más agudo o grave en función de la «frecuencia» a la que el sonido haga vibrar nuestros tímpanos, o, lo que es lo mismo, la cantidad de veces que oscilen cada segundo: las frecuencias más altas hacen que nuestros tímpanos vibren muchísimas veces por segundo, y nuestro tímpano las interpreta como tonos agudos, mientras que las más bajas...
... producen pocas oscilaciones por segundo y se corresponden con los sonidos graves. Captado. No te líes, por favor.
Vale, vale, lo importante es que nuestro cerebro traduce las frecuencias altas como tonos agudos y las bajas como sonidos graves. Para ser más concreto, los tonos más graves que puede escuchar un humano medio tienen una frecuencia de unos 20 hercios (Hz), mientras que los más agudos rondan los 20.000 hercios.
Espera, espera, ¿qué es eso de los hercios?
No te preocupes, voz cursiva, solo es una unidad que representa la cantidad de oscilaciones por segundo. Dicho de otra manera, los seres humanos podemos escuchar sonidos cuyas ondas rondan entre las 20 y las 20.000 oscilaciones por segundo.
Sabiendo esto, como podrás imaginar, el motivo por el que cada persona tiene un tono de voz diferente es que las cuerdas vocales de cada uno producen una serie de frecuencias diferentes al vibrar.3 En general, unas cuerdas vocales más largas y gruesas vibran más despacio y producen frecuencias más bajas, o, lo que es lo mismo, sonidos más graves, mientras que unas cortas y finas tienden a vibrar más deprisa y producir frecuencias más altas que se corresponden con sonidos más agudos.
Ah, vale; así pues, creo que ya puedo resolver el misterio de este capítulo: nuestras voces suenan más agudas cuando aspiramos el helio porque este gas tan ligero permite que nuestras cuerdas vocales vibren más rápido y produzcan sonidos más agudos, ¿no?
Lamento decirte que no, voz cursiva, porque el tipo de gas que contienen nuestras laringes no afecta mucho a la velocidad a la que vibran las cuerdas vocales. De hecho, aunque la explicación que me acabas de dar se oye con frecuencia, es incorrecta, como explica el físico y compositor Joe Wolfe.4
El movimiento de nuestras cuerdas vocales no produce una sola frecuencia cuando hablamos, sino que genera una mezcla de muchos tonos graves y agudos diferentes. Por suerte, no todos esos tonos salen por la boca con el mismo volumen, porque algunos se amplifican mientras recorren la laringe, y otros se vuelven más débiles. Las frecuencias concretas del sonido que se amplifican o reducen durante este proceso dependen de cuál sea la longitud y el diámetro de la laringe, así como del gas del que esté inundada en ese momento. Este último dato es muy importante, porque, al ser un gas mucho más ligero, las perturbaciones de nuestra voz se propagan mucho más deprisa a través del helio. Como resultado, nuestra laringe tiende a facilitar la amplificación de las frecuencias más altas cuando está llena de helio o, lo que es lo mismo, las tonalidades más agudas.
O sea, que no es que el helio modifique las frecuencias que producen nuestras cuerdas vocales, sino que simplemente saca a relucir los tonos más agudos que producimos en nuestro día a día y que no solemos escuchar, porque no se transmiten con facilidad a través de la mezcla de gases más pesados que compone el aire de nuestra atmósfera.
Creo que lo entiendo. Pero si los gases más ligeros propician la propagación de los tonos más agudos de nuestra voz, ¿significa eso que los gases más pesados hacen que nuestra voz suene más grave?
Así es, voz cursiva; los gases más densos propician la propagación de las frecuencias más bajas en nuestra laringe, o, lo que es lo mismo, de los tonos más graves. Por tanto, si inhalamos un gas como el hexafluoruro de azufre, que es cinco veces más denso que el aire y tiene una velocidad del sonido de solo 134 metros por segundo, nuestra voz sonará mucho más grave.
¡Qué curioso! ¿Y este gas también se vende en las ferias?
No lo creo, voz cursiva, porque es bastante caro y no creo que a los niños les haga especial gracia tener un globo tan pesado que lo vayas arrastrando por el suelo atado a una cuerda (a menos que tenga forma de perro, imagino). De todas maneras, si te interesa este fenómeno, en YouTube puedes encontrar un montón de vídeos en los que salen famosos aspirando este gas y hablando con la voz cambiada.
En cualquier caso, la masa de las moléculas no es el único parámetro que determina la velocidad a la que el sonido se propaga a través de un gas, sino que también influye su temperatura: si les gritamos a dos masas del mismo gas que se encuentran a temperaturas diferentes, el sonido se propagará más despacio por la que está más fría y más deprisa a través de la que está caliente. Este fenómeno ocurre porque la velocidad de las moléculas aumenta con la temperatura, por lo que, cuanto más caliente está un gas, más fuerte chocan sus moléculas y, como resultado, mayor es la velocidad a la que se transmite el movimiento entre ellas.
¿Estás insinuando que nuestra voz suena más grave cuando hace frío?
Debería, voz cursiva, aunque tal vez el efecto es demasiado sutil en el rango de temperaturas en el que nos movemos los humanos en nuestro día a día como para que podamos notar la diferencia. De hecho, la velocidad del sonido debería oscilar desde 300 hasta 360 metros por segundo entre los –50 ºC que se alcanzan en algunos lugares de Siberia en invierno y los 50 ºC que se registran de vez en cuando en muchos desiertos del planeta. ¿Notaríamos esa diferencia en nuestras voces si voláramos de un lugar a otro? Dejaré que los lectores que tienen avión privado hagan el experimento. Y, si me quieren pasar a recoger por el camino, no pondré ninguna objeción.
En cualquier caso, aunque no encuentro datos sobre la influencia exacta de la temperatura ambiental sobre el tono de voz de las personas, lo que sí es cierto es que los músicos que tocan instrumentos de viento tienen que afinarlos en función de la temperatura a la que esté el aire en ese momento,5 porque los instrumentos sonarán un poco más graves de lo normal si hace mucho frío y el sonido que emiten será ligeramente más agudo si hace mucho calor.
Si no me crees, puedes poner a prueba este fenómeno con un sencillo experimento: llena un recipiente con agua fría y otro con agua caliente y sumerge la parte inferior de una botella en cada recipiente. A continuación, sopla en su interior, como si fuera una flauta de pan. El aire de la botella que está sumergida en agua fría estará a menor temperatura, así que el sonido resultante debería sonar más grave. En cambio, la botella sumergida en agua caliente sonará más aguda. Para apreciar mejor la diferencia, también puedes soplar a través de una tercera botella que no esté sumergida en ninguno de los recipientes, que sonará con un tono intermedio.
Ostras, es verdad, qué curioso que la temperatura influya así en el tono del sonido. Pero ¿y la presión? ¿Acaso eso no afecta a la velocidad del sonido? ¿El viejo Russell de Himalayan Experience no te comentó si a la gente se le pone voz de pito en la cima del Everest?
Pues parece que no, voz cursiva, porque, aunque las moléculas de un gas que está sometido a una mayor presión están más cerca unas de otras, lo que reduce el tiempo que transcurre entre un choque y el siguiente, la perturbación tiene que propagarse a través de una cantidad de moléculas mayor para llegar a su destino, por lo que los dos fenómenos se contrarrestan, y la velocidad a la que se transmite el sonido a través de él no varía. Como resultado, la velocidad a la que se desplaza el sonido a través de un gas depende principalmente de su composición y su temperatura.
O sea, que la velocidad del sonido probablemente es algo menor en la cima del Everest y las voces de los escaladores suenan un poco más agudas que en condiciones normales, pero porque hace un frío de narices, no porque la presión sea más baja.
Entendido. Pero, oye, todo este rollo de la velocidad del sonido está relacionado con esos aviones que se mueven tan deprisa, ¿no?
Buena pregunta, voz cursiva. Es posible que alguna vez hayas escuchado el estruendo que produce un avión cuando supera la «barrera del sonido», un fenómeno que tiene lugar cuando un objeto se mueve a través de un medio a una velocidad mayor que las propias perturbaciones que componen el sonido. En condiciones normales, un avión se mueve a la velocidad del sonido a través del aire cuando se desplaza a 343 metros por segundo (o 1.234 kilómetros por hora). Ahora bien, también es probable que en alguna película hayas oído hablar de aviones que se desplazan a mach 1 o mach 2. Esto es simplemente una manera de expresar velocidades superiores a las del sonido de una manera más corta: se usa mach 1 cuando un avión se mueve a la velocidad del sonido, mach 2 si va al doble de esa velocidad (686 metros por segundo o 2.468 kilómetros por hora), mach 3 sería el triple (1.029 metros por segundo o 3.702 kilómetros por hora), y, bueno, ya puedes imaginar cómo progresa el asunto a medida que la velocidad aumenta.
En cualquier caso, lo primero que llama la atención cuando un avión supera la velocidad del sonido es que el ruido que produce llega hasta nuestras orejas después de que hayamos visto el avión pasar, ya que el sonido se mueve más despacio que el propio vehículo. Pero superar la velocidad del sonido tiene implicaciones físicas que van mucho más allá que esta simple curiosidad.
Como el aire es un fluido, los objetos que se mueven a través de la atmósfera desplazan las moléculas de gas con las que entran en contacto y provocan que el aire fluya a su alrededor. Pero, ojo, porque los gases que nos rodean también tienen masa, así que la resistencia que ejercen al paso de cualquier objeto se incrementa cuanto mayor es su velocidad. Y, como habrás notado si te gusta sacar la mano por la ventanilla del coche, el empuje del aire se va volviendo cada vez menos agradable a medida que el vehículo acelera.
Las cosas se complican aún más cuando un avión supera la velocidad del sonido, porque, llegado a este punto, se está moviendo a una velocidad superior a la que las moléculas con las que entra en contacto pueden apartarse de su camino y transmitir el movimiento a sus vecinas. Esto significa que las moléculas de gas con las que interacciona el fuselaje de un avión supersónico se van «apilando» frente a él... O, dicho de otra manera: cuando un objeto se mueve a velocidades supersónicas a través de la atmósfera, el aire se comprime sobre su superficie.
Esta compresión del aire provoca un efecto curioso, porque, como habrás notado si alguna vez has hinchado manualmente la rueda de una bicicleta, el aire se calienta cuando se comprime. Por tanto, si un avión se mueve a una velocidad superior a la del sonido, esas regiones del fuselaje sobre las que se acumula el gas comprimido se van a calentar. Por ejemplo, en un informe del ejército americano de 1985 se estudió la temperatura que alcanzaba el fuselaje de los aviones de combate B-52A y F-105D durante el vuelo supersónico, y se midieron temperaturas en el rango de los 55 ºC a los 124 ºC cuando volaban a entre mach 1,35 y mach 2,08.6 Por otro lado, el Lockheed SR-71 Blackbird es el avión tripulado más rápido que funciona con un motor a reacción alimentado por aire, y es capaz de acelerar hasta mach 3,1. A estas velocidades, el aire se comprime tanto frente al avión que el cristal de la cabina alcanza temperaturas de más de 300 ºC.7
¿Me estás diciendo que, si sacara la mano por la ventanilla de un avión supersónico, la corriente de aire me quemaría la mano, en lugar de refrescármela?
Imagino que sí, voz cursiva... Siempre y cuando tu brazo mantuviera la integridad estructural durante el tiempo suficiente.
El comportamiento del aire a velocidades supersónicas es un poco distinto al que estamos acostumbrados y creo que un buen ejemplo de ello es el caso de Brian Udell, un piloto de caza que estaba haciendo maniobras de entrenamiento por la noche cuando, durante un giro, perdió el control de su avión y tanto él como su copiloto se vieron obligados a abandonar la nave. Pero había un problema: el avión se estaba moviendo a unos 1.300 kilómetros por hora en el momento de la eyección, así que, cuando Udell y su copiloto salieron despedidos, se estaban moviendo literalmente más rápido que una bala a través de la atmósfera.
Aunque Udell no recuerda qué ocurrió en el momento exacto de la eyección y su cuerpo rompió la barrera del sonido, el impacto repentino con la corriente de aire a alta presión fue tan intenso que le arrancó el casco, los auriculares, los guantes y el reloj. Además, la cartera y la botella de agua que guardaba en sus bolsillos atravesaron la tela de sus pantalones sin siquiera abrir las cremalleras, la camiseta que llevaba debajo de su traje de vuelo acabó hecha jirones y los cordones de sus zapatos se habían incrustado en el cuero. Pero, más importante aún, el impacto supersónico del aire también dislocó casi todas las articulaciones de sus brazos y piernas, además de hincharle la cara y deformarle los labios.
Pese a todo, Brian Udell sobrevivió a este incidente, pero, por desgracia, su copiloto no tuvo tanta suerte y falleció en el acto tras la eyección.8 O sea, que la próxima vez que saques la mano por la ventanilla del coche para hacer la ola aprovechando esa brisa tan agradable, recuerda que ese mismo aire que repta suavemente por tu piel te podría romper el brazo si el coche pudiera acelerar unos cuantos cientos de kilómetros por hora más.
No quitaré el ojo del cuentakilómetros del conductor a partir de ahora. Gracias.
De nada, voz cursiva. Eso sí, si te ha sorprendido que existan aviones que triplican la velocidad del sonido, la velocidad de los meteoritos te va a impactar aún más.
El vecindario de la Tierra está lleno de trozos de roca y metal de tamaños muy variados que también dan vueltas alrededor del Sol. De vez en cuando, alguno de estos mazacotes pasa demasiado cerca de nuestro planeta y se precipita a través de nuestra atmósfera a una velocidad que ronda entre los 35 y los 72 kilómetros por segundo.9 No, no es ningún error: estamos hablando de kilómetros por segundo. Aplicando la misma lógica que a los aviones, esto equivaldría a velocidades entre mach 105 y mach 210. Teniendo en cuenta que el fuselaje de un avión que vuela a mach 3 se calienta hasta los 300 ºC, no es de extrañar que la superficie de estos objetos alcance temperaturas de 1.700 ºC mientras atraviesan la atmósfera.10
¿Solo 1.700 ºC? Esperaba mucho más de algo que se mueve a mach 210, la verdad.
Bueno, es que hay que tener en cuenta que la densidad de las capas altas de la atmósfera es mucho menor y que el meteorito va frenando durante su caída hacia la superficie, donde el aire es más denso. En cualquier caso, la cuestión es que estos objetos se calientan tanto durante su entrada en la atmósfera que su capa más superficial se funde y la fuerte corriente de aire arranca trozos de material líquido (un proceso llamado ablación). Este es el motivo por el que los meteoritos suelen tener un tono oscuro y ese acabado liso tan peculiar cuando llegan al suelo.
Mira, no te lo tomes a mal, pero creo que últimamente te estás obsesionando demasiado con el tema de los meteoritos, y no eres consciente de que la mayor parte de tus lectores seguramente nunca han visto uno, así que no saben de lo que estás hablando.
Tienes razón, voz cursiva, mejor remito a los lectores interesados en este tema a mi canal de YouTube, donde tengo varios vídeos colgados sobre mi colección de meteoritos y mi experiencia buscando estos esquivos objetos.
En cualquier caso, hasta ahora hemos estado hablando de cómo se transmite el sonido a través de los gases, pero, en realidad, estas perturbaciones se pueden propagar a través de cualquier estado de la materia. Por ejemplo, el sonido se mueve a través del agua a casi 1.500 metros por segundo en condiciones normales, una velocidad 4,3 veces mayor que en el aire. Esto se debe a que, al encontrarse en estado líquido, las moléculas de agua están mucho más cerca unas de otras y el movimiento se puede transmitir entre ellas mucho más deprisa. Eso sí, igual que ocurre con el aire, la velocidad a la que se mueve el sonido a través del agua depende de las características del líquido, como su temperatura, su presión o su salinidad.
Y, en los océanos, esto da lugar a un fenómeno curioso.
La temperatura del agua tiende a disminuir con la profundidad, pero, al contrario que la presión, que aumenta de forma constante, la temperatura no baja de manera lineal, sino que se reduce rápidamente durante los primeros mil metros de profundidad y luego permanece más o menos uniforme hasta el fondo del océano. Como resultado de la combinación de estos dos factores, la velocidad a la que se propaga el sonido en los océanos desciende con la profundidad durante los primeros mil metros, pero, a partir de este punto, vuelve a aumentar. Esto significa que existe una capa del océano en la que la velocidad del sonido es más lenta y que está «ensandwichada» entre dos capas de agua donde el sonido se transmite más deprisa, un detalle que resulta muy útil, ya que las ondas de sonido que se emiten en esta capa tienden a mantenerse confinadas en ella porque «rebotan» contra las otras dos capas que la rodean. Por tanto, como la intensidad de las ondas sonoras permanece focalizada en el interior de esta capa, en lugar de disiparse en todas las direcciones de forma esférica, el sonido es capaz de recorrer distancias mucho mayores a través de ella.
Esta región del océano en la que el sonido se transmite con más facilidad se llama canal SOFAR, un término que supuestamente es una abreviatura de Sound Fixing and Ranging Channel (alguien debería explicar de una vez a los americanos cómo funciona esto de las siglas). De hecho, el descubrimiento de este canal dio lugar a una historia muy interesante que explicó en una de sus conferencias el profesor Richard A. Muller, de la Universidad de California en Berkeley.11
Durante la Segunda Guerra Mundial, al ejército americano le interesaba rescatar lo antes posible a sus pilotos abatidos que acababan flotando en medio del océano, porque, de lo contrario, el enemigo podría encontrarlos antes e intentar sonsacar información valiosa. Pero, claro, esos pilotos no podían pedir ayuda por radio porque el enemigo podría interceptar la señal y descubrir su posición, así que, para resolver este problema, el ejército estadounidense desarrolló las bombas SOFAR, unos pequeños recipientes metálicos vacíos que se hundían en el agua cuando el piloto accidentado los soltaba y que estaban diseñados para implosionar cuando estaban sometidos a la presión que correspondía a una profundidad de unos mil metros, aproximadamente donde se encuentra el canal SOFAR. El sonido de la implosión viajaba centenares o miles de kilómetros a través de este canal hasta alcanzar alguno de los micrófonos que el ejército instaló en diferentes puntos de la costa, y, midiendo cuánto tiempo había tardado el sonido en llegar a cada estación, podían triangular la posición del piloto accidentado y enviar rápidamente una misión de rescate.
Ante el éxito de estos dispositivos, el inventor y descubridor del canal SOFAR, el oceanógrafo Maurice Ewing, sugirió que tal vez existía una capa similar en la atmósfera... Y resultó que también tenía razón.
En este caso, la temperatura del aire va disminuyendo con la altitud hasta que se alcanza la región que ocupa la capa de ozono, donde vuelve a aumentar porque las moléculas de esta sustancia son capaces de absorber la radiación ultravioleta del Sol de manera eficiente, al contrario que el oxígeno o el nitrógeno.12 Por tanto, nos volvemos a encontrar en una situación en la que existe una capa de aire frío en la que las ondas del sonido se propagan más despacio, «ensandwichado» entre dos capas de aire caliente en las que la velocidad del sonido es mayor. E, igual que ocurre en el océano, el sonido puede cubrir distancias mucho mayores a través de esta especie de canal aéreo.
En una época en la que aún no existían los satélites espía, este descubrimiento les venía de perlas a los americanos, porque les permitía vigilar si la Unión Soviética había conseguido desarrollar una bomba nuclear: bastaba con colocar unos cuantos micrófonos en este canal aéreo y esperar a escuchar el sonido de la explosión. Incluso podían triangular su posición y averiguar en qué lugar estaban haciendo las pruebas. Este es el motivo por el que, en los dos años posteriores a la Segunda Guerra Mundial, el ejército estadounidense mantuvo globos aerostáticos de decenas de metros de diámetro cargados de micrófonos suspendidos en este canal aéreo natural a todas horas, escuchando pacientemente cualquier señal de una detonación lejana.
Ahora bien, la parte realmente curiosa y absurda de esta historia ocurrió en 1947, cuando uno de esos globos cayó cerca del pueblo de Roswell (Nuevo México). Al principio, los responsables del campo aéreo local que recuperaron el objeto junto con un habitante del pueblo dijeron a la prensa que lo que había caído era un «disco volador» de forma hexagonal, en referencia al aspecto que tenían algunos de los instrumentos que colgaban del globo. Pero, por supuesto, los responsables del proyecto no querían que los rusos se enteraran de que habían descubierto una manera de monitorizar sus pruebas nucleares de manera remota, así que decidieron quitarle hierro al asunto con un nuevo anuncio, afirmando que el objeto recuperado no era más que un simple globo meteorológico. Aun así, al público no le convenció esa explicación y la gente se quedó con la idea del «disco volador», e interpretó que se trataba de un verdadero platillo volante... Algo que tampoco le venía mal al gobierno americano, porque lo ayudaba a mantener ocultas sus verdaderas intenciones.
Con los años, los ufólogos fueron alimentando esta paranoia del platillo volante, se publicaron libros en los que los autores inventaban historias cada vez más descabelladas sobre la relación de este incidente con los extraterrestres, y Roswell se acabó convirtiendo en un lugar de culto para los creyentes en el fenómeno ovni. De hecho, hoy en día parte del pueblo subsiste gracias al merchandising alienígena.
¿Y ya está? ¿Esa era la historia interesante?
Bueno, sí... No sé, a mí me lo parece. Sea como sea, la cuestión es que las escuchas del canal aéreo SOFAR no duraron mucho, porque el ejército americano se dio cuenta de que era mucho más fácil detectar las pruebas nucleares soviéticas a través del suelo.
Pero ¿qué dices? ¿Cómo vas a poder escuchar el sonido a través de un sólido?
Como lo oyes, voz cursiva. El sonido no solo se propaga a través de los sólidos, sino que lo hace aún más rápido que en los líquidos y los gases porque, como los átomos y moléculas de la materia que se encuentra en este estado están fijos en su sitio y unidos por enlaces mucho más «rígidos», transmiten cualquier vibración a sus vecinos a gran velocidad. Por poner un ejemplo, el sonido se propaga a través del hierro a una velocidad de 5.120 metros por segundo. Esto significa que, si nos encontráramos en un extremo de una viga de hierro de un kilómetro de longitud e intentáramos darle un golpe con un martillo, pero, sin querer, nos golpeáramos la mano, el sonido del golpe se transmitiría a través de la barra hasta el otro extremo en menos de 0,2 segundos, pero nuestro grito de dolor tardaría tres segundos en llegar al mismo sitio.
Teniendo esto en cuenta, lo que los americanos notaron es que las violentas vibraciones que produce la explosión de una bomba atómica en el suelo se transmiten a través del cuerpo rocoso del planeta, de la misma manera que el golpe de un martillo se transmite a través de una barra de metal. Por tanto, si se reparten suficientes sismómetros por la superficie terrestre, se podrá utilizar el tiempo que han tardado las vibraciones producidas por la explosión en alcanzar cada uno de ellos para calcular dónde ha tenido lugar la prueba nuclear.
Vaya, qué pena que estos fenómenos tan interesantes acaben utilizándose con fines bélicos...
Bueno, voz cursiva, ten en cuenta que este mismo fenómeno también tiene aplicaciones científicas: como el sonido se propaga a velocidades distintas a través de diferentes sustancias sólidas, podemos deducir la composición de un material a partir del tiempo que tarda el sonido en pasar a través de él… Y ese es el motivo por el que conocemos la composición aproximada y la estructura del interior de la Tierra, pese a que no podemos observarlo directamente.
En este caso, se aprovechan las ondas sísmicas producidas por un evento violento, como un terremoto, para medir cuánto tiempo tardan en alcanzar diferentes puntos del planeta. A continuación, esos datos se recopilan y se utilizan para calcular a qué velocidad se han propagado las ondas mientras pasaban a través del planeta... Y eso permite a los científicos deducir qué tipo de materiales han estado atravesando durante su camino por el interior de la Tierra.
Qué curioso. Nunca hubiera pensado que un fenómeno tan simple como la velocidad del sonido pudiera dar tanto juego. Pensaba que era un concepto que estaba limitado a los aviones supersónicos.
Pues ya ves, incluso los fenómenos más dispares que ocurren a nuestro alrededor en nuestro día a día están más estrechamente relacionados de lo que parece, voz cursiva. Pero, mira, podemos aprovechar que has sacado el tema de la aviación para hablar sobre aviones en el siguiente capítulo.
Sí, por favor, que hay un detalle que me molesta mucho cada vez que cojo un vuelo.