Píldoras: Experimentos a toda pastilla

Si hay algo complicado de medir es la velocidad de la luz. En 1629 el físico holandés Isaac Beckman propuso hacerlo observando el reflejo del disparo de un cañón en un espejo situado a una milla (1,6 km). Nueve años más tarde Galileo propuso medirla observando el retraso que se observaría a cierta distancia a la hora de cubrir una lámpara encendida. Por desgracia, la velocidad de la luz es lo suficientemente alta como para poder percibir ese retraso, lo que hizo que el famoso astrónomo Johannes Kepler afirmara que la velocidad de la luz era infinita.

A pesar de los fracasos, las ideas de Beckman y Galileo eran correctas. Sólo se equivocaron en la distancia a considerar. El primero que lo hizo fue Ole Christiensen Rømer en 1676, utilizando como linterna la órbita de la luna de Júpiter Io observada en dos épocas diferentes: cuando la Tierra estaba en dos lugares diametralmente opuestos de su órbita. De este modo comprobó que el periodo de la órbita de Io era 22 minutos más largo cuando la Tierra estaba más lejos del gigante gaseoso que cuando estaba más cerca. Es lo que tiene viajar a unos 300.000 km/s...

En este experimento utilizamos para medir la velocidad de la luz un resultado de la física ondulatoria que estudia, como su nombre indica, la propiedades y características de las ondas. En particular, un tipo de ondas llamadas ondas estacionarias.

El concepto es el siguiente. Imaginemos una cuerda de guitarra. Si la pulsamos en el centro, la perturbación generada se dirigirá hacia cada uno de los extremos y allí se reflejará, volviendo por su camino. Lo que tenemos entonces son dos ondas idénticas (pues se han generado las dos con una misma pulsación) pero con sentidos contrarios. Están destinadas a chocar. Y aquí es donde aparece la diferencia con lo que sería una colisión entre dos bolas de billar, que todos conocemos. Cuando dos ondas iguales se encuentran lo que se produce es una interferencia: no desaparecen sino que se produce otra cosa. En este caso, una onda estacionaria. ¿Qué es? Dicho de manera muy simple, en una onda estacionaria cada punto de la cuerda se mueve de una única manera característica. No es una onda viajera, como las olas en un estanque o en una playa: si estamos encima de una colchoneta en la playa a veces estaremos quietos y otras empezaremos a mecernos debido al paso de una onda. Si se tratasen de ondas estacionarias eso no ocurriría. Dependiendo del lugar en el que estuviéramos nos moveríamos siempre de la misma forma. Es decir, que hay lugares que no se mueven lo más mínimo mientras que otros siempre oscilan con la misma elongación. Estas son el tipo de ondas que se generan en los instrumentos de cuerda, como guitarras y pianos, y en los tubos de órgano. Y también en los hornos microondas.

En este caso, las ondas electromagnéticas que genera el horno están confinadas entre las paredes del horno, con lo que se comportan igual que las de las cuerdas de una guitarra. Como son ondas estacionarias, hay zonas en las que la oscilación es máxima y otras en las que la oscilación es mínima. Esto es lo que vemos con la pastilla de chocolate (y para eso es muy importante que no gire dentro del horno): las zonas de amplitud máxima es donde se producen los "hoyos" en la pastilla. Midiendo la distancia entre dos "hoyos" sucesivos o entre dos alternos tendremos la velocidad de la luz. ¿Cómo? Para eso necesitamos un resultado de la física ondulatoria, que relaciona esa distancia, llamada longitud de onda, con la frecuencia de las microondas y la velocidad. Y dice así: velocidad de una onda = frecuencia por longitud de onda. En el caso de los hornos la frecuencia de las microondas que genera se encuentra escrito en la placa de especificaciones situada detrás del aparato: 2,45 Gigahertzios (justamente, en el mismo rango que el Wifi o el Bluetooth y por eso pueden interferir). El prefijo giga significa mil millones, luego la frecuencia del microondas es de 2.450.000.000 hertzios.

Ahora tenemos que medir la longitud de onda, que viene dado por la distancia de separación entre los centros de dos "hoyos" alternos o el doble de la distancia entre dos consecutivos. En nuestro experimento el valor de la longitud de onda es de 12,5 cm o 0,125 metros. Por tanto la velocidad de la luz es: 0,125 x 2.450.000.000 = 306.250.000 metros/segundo

Para pasar a kilómetros por segundo solo hay que dividir por 1.000, y queda 306.250 km/s. ¡No está nada mal, utilizando solo una pastilla de chocolate!

Etiquetas: experimentos científicos

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