Un planeta descubierto en la zona habitable de la estrella Tau Ceti alimenta la esperanza de que no estamos solos en el universo.

En esta contribución vamos a explicar una noticia publicada el 19 de diciembre de 2012 en el portal de difusión científica: science daily news. La puedes encontrar en Inglés en la liga siguiente:

http://www.sciencedaily.com/releases/2012/12/121219084102.htm

Es una nota sumamente interesante porque todo apunta rumbo a la idea de que no estamos solos en el universo. La expectativa de los especialistas es que algún día se descubrirá la existencia de alguna forma de vida en nuestra galaxia.

Entrando en detalle, la información se refiere a la estrella Tau Ceti, que se encuentra a 12 años de luz de distancia y es visible a simple vista en una noche sin luna y en un campo alejado de las luces de una ciudad. Ha sido estudiada en los últimos años debido a que la luz que emite tiene propiedades (frecuencia de vibración e intensidad) muy similares a las del Sol.

Cuando terminaba de redactar esta nueva entrada a mi blog, consulté el software Stellarium y me planteó que la constelación Cetis debería verse (si no estuviera nublado) como lo indica la toma de pantalla siguiente:

Si estamos viendo la imagen, estaría debajo de la Luna, pero viviendo en la ciudad de Hermosillo me enfrenté al nublado y a la agobiante luminosidad de las luces urbanas, de modo que me quedé con las ganas de buscar la estrella Tau, una de las integrantes de Cetis.

La noticia mencionada es consecuencia de un trabajo arduo que ha llevado a descubrir el movimiento de cinco planetas en torno a Tau Ceti. Las masas de estos son de dos a seis veces la de la Tierra y lo interesante es que uno de ellos se encuentra en la zona habitable de la estrella. Considerando los descubrimientos obtenidos hasta ahora, de todos los planetas que orbitan en la zona de vida de una estrella, éste es el más pequeño de todos.

Para tener claro la clase de trabajo científico necesario para realizar las afirmaciones anteriores desarrollaremos enseguida una explicación que se organiza en torno a la respuesta a dos preguntas:

Primera: ¿qué es la velocidad radial de una estrella y por qué es indicador de la existencia de un planeta en torno a ella?

Uno de los procedimientos para detectar planetas consiste en medir las velocidades radiales de las estrellas con respecto a la Tierra. La medición de las mismas no es sencilla, pues requiere de un procedimiento técnico especializado en el cual se analizan las señales recibidas desde esos astros.

El objetivo es lograr la detección de ligeros bamboleos de la estrella bajo estudio. Estos son causados por los cambios de posición del planeta que gira en torno a ella.

Como se puede apreciar en la figura

cuando el planeta rotante se encuentra en la posición 1 aplica sobre la estrella una fuerza gravitacional que en la figura está dibujada hacia la izquierda. En cambio, cuando está en la posición 2 ejerce la fuerza en sentido contrario, lo cual da lugar a una oscilación muy pequeña en el movimiento de la estrella.

Esa oscilación es extremadamente mínima, pues comparando la masa del planeta con la de la estrella, la de ésta es muy superior, de modo que la temblorina es casi imperceptible ocasionada por el planeta. Sin embargo, la habilidad de los astrónomos que se dedican a estos temas ha crecido tanto que son capaces de detectar ese pequeño bamboleo observando la velocidad radial de la estrella.

Como se presenta en la siguiente figura

La estrella Tau Ceti se mueve con respecto a la Tierra y los especialistas dedicados a buscar objetos girando respecto a ese astro disponen de los instrumentos necesarios para medir su velocidad con respecto a nuestro planeta. Ésta se indica con una flecha señalada con el nombre: velocidad relativa y se puede descomponer en dos velocidades: una que apunta perpendicular a la línea que une los centros de la Tierra y la estrella, y otra que apunta en la misma dirección que dicha línea. La primera se llama velocidad transversal y la segunda se llama velocidad radial. La de mayor utilidad para la detección de planetas es esta última.

Como ya explicamos, el cambio de posición del planeta mueve levemente a la estrella, lo cual se traduce en pequeñas oscilaciones de la velocidad radial. Éstas son periódicas, y aunque su detección es complicada, los estudiosos de este tema saben cómo detectar la oscilación separándola de una gran cantidad de ruido que tiende a empañar la imagen, como se puede apreciar en la figura siguiente

Segunda pregunta: ¿qué es la zona habitable de una estrella?

La zona habitable de un sistema solar al rededor de una estrella es un cascarón esférico comprendido entre dos superficies cuyo centro es la estrella.

Si un planeta tiene su órbita en la frontera de la zona habitable que se encuentra más cercana a la estrella, tendría en su superficie temperaturas de cien grados centígrados. Por el contrario, si su órbita se ubica en la frontera más lejana, la temperatura sería de cero grados centígrados. Cuando un planeta mantiene su órbita dentro de este rango, se esperaría la existencia de agua en estado líquido.

Hay una propiedad que se llama reflectividad y es característica de cada superficie. Para una superficie blanca y lisa, esa reflectividad se acerca a la unidad, en cambio, para una superficie negra, se acerca a cero. En el primer caso el calentamiento de la superficie es menor que en el segundo.

En el caso de los planetas influyen muchos factores, por ejemplo, la cantidad de vapor de agua disponible, si hay gases de invernadero y en qué cantidad, etcétera. Así, para una estrella como el Sol, y un planeta como la Tierra, la zona habitable se encuentra entre 95 millones de kilómetros de distancia a nuestra estrella y 172 millones de kilómetros de ésta. Como sabemos, nuestro planeta tiene su órbita aproximadamente a 150 millones de kilómetros del centro solar.

Si nuestro sol tuviera la misma luminosidad de Vega, entonces la zona habitable estaría a más de 990 millones de kilómetros y a menos de 1635 millones de kilómetros. En consecuencia, solamente Saturno y sus lunas estarían en la zona habitable.

El optimismo de los científicos

James Jenkins, investigador de la Universidad de Chile, afirma que Tau Ceti es uno de nuestros vecinos cósmicos más cercanos y es tan brillante que sería posible, en un futuro no lejano, estudiar las atmósferas de sus planetas. Hasta el 19 de diciembre de 2012 se han descubierto más de 800 planetas, pero los más interesantes son aquellos que orbitan en torno a estrellas parecidas al Sol.

Steve Vogt, de la Universidad de California en Santa Cruz, afirma que este descubrimiento está en consonancia con un punto de vista emergente en el cual virtualmente cada estrella tiene planetas y en la galaxia debe haber muchos planetas del tamaño de la Tierra que serían potencialmente habitables.

Steve Vogt considera que esta clase de planetas “… están por todos lados, casi en la puerta de enseguida…”. También hizo ver que están empezando a entender que la naturaleza prefiere sistemas con múltiples planetas, pero con órbitas menores a cien días. Así, el caso de nuestro sistema solar es particularmente raro porque no hay ningún objeto natural orbitando más cerca del Sol que la trayectoria de Mercurio.

El riesgo de realizar disparos al aire

¿Es Usted de los que celebran el año nuevo disparando al aire?

¿O conoce a alguien que lo hace?

Aquí daré datos sobre la rapidez en la caída de esos proyectiles y tengo el propósito de convencerlo de que no lo vuelva a hacer si antes lo hizo, o de que procure que nadie lo haga si lo observa, o al menos, que se ponga debajo de un techo de concreto.

No le pido que intente convencer a un borracho para que deje de hacerlo, pero piense, y por el bien de Usted y de quienes están a menos de 500 metros del sitio en que se encuentra, revise cuál es la obligación moral que le corresponde al presenciar esta clase de acciones.

Por el bien personal, repito, procure no estar al aire libre cuando ocurre y tampoco debajo de techos hechos de un material que Usted no sabe cuál es.

Los cines y los centros comerciales suelen tener techos de lámina de fibra de vidrio. Algo similar a un plástico muy delgado, que no puede detener una bala cayendo con la rapidez que aquí le contaré, y que además, viene muy caliente debido a su fricción con el aire.

El caso más reciente del que yo me he enterado ocurrió el 2 de noviembre de 2012, en la Colonia Iztapalapa de la Ciudad de México. Un niño se encontraba dentro de un cine, viendo una película, cuando se escuchó un zumbido, y después, iniciaron los estertores de muerte del pequeño. Lo llevaron al hospital en la cajuela de un auto, seguramente para que no manchara los asientos, pero murió debido a una bala en el cráneo.

Lo que debía ser un día de asueto para el niño, terminó en una tragedia porque a menos de 300 metros del cine festejaban unos sujetos haciendo disparos al aire.

Días después, uno de los trabajadores del lugar informó que cada vez que sube al techo a limpiar, encuentra esta clase de proyectiles por decenas. Estamos, entonces, frenta a una costumbre que ya ha provocado, al menos, una tragedia.

El caso se puede leer en la siguiente dirección:

http://www.jornada.unam.mx/ultimas/2012/11/12/181837799-bala-perdida-mata-a-nino-de-10-anos-en-cinepolis-iztapalapa/

Desde el punto de vista de la física el fenómeno es el siguiente:

El cartucho de un arma es un cilindro que en una de sus paredes contiene un dispositivo conocido como fulminante. Su función es explotar cuando recibe un golpe, pero su efecto único es hacer que la carga de pólvora contenido en el cilindro realice una combustión.

La combustión es un proceso químico en el que un compuesto se combina con el oxígeno para formar otro compuesto nuevo a la vez que se libera energía. Con eso da lugar a un gas a temperatura muy alta, lo cual lo hace expandirse. Cuando se expande empuja un cono metálico que puede ser de cobre, o de plomo recubierto de cobre, entre otras variantes.

Un arma tiene una recámara de ignición. Es donde ocurre lo relatado en el párrafo anterior. Además, tiene un cilindro cuya longitud puede ser de unos cuantos centímetros hasta más de medio metro. Su función es servir como conductor para que la bala tome una dirección específica. Se llama cañón y tiene en su interior unas ranuras helicoidales que hacen girar a la bala que sale expulsada por el gas en expansión.

La bala que gira adquiere una propiedad física que llamamos momento angular. Es un vector, de modo que tiene magnitud y dirección. Debido a que el momento angular se conserva, la bala mantiene una orientación y no necesita alas pequeñas, como las de los cohetes, para avanzar en forma estable.

La industria productora de armas es una de las más rentables del mundo y el uso más frecuente de ellas es en contra de otros seres humanos.

Una vez que la bala sale expulsada, su velocidad inicial depende de las características del arma de que se trata. Por ejemplo, un rifle calibre 22 despide una bala de plomo de 40 gramos a una rapidez de 283. 65 metros sobre segundo. Pierde su energía mientras viaja a través del aire pero alcanza cierta altura que depende del ángulo de tiro.

Cuando la bala empieza a caer se acelera verticalmente a la vez que mantiene una traslación horizontal. La pérdida de energía se expresa mediante una expresión que recibe el nombre de ecuación de fricción viscosa. Se trata de la fuerza que va deteniendo a la bala y contiene un término que recibe el nombre de coeficiente de fricción. Otro que depende de la geometría de la bala, y además, la velocidad al cuadrado.

Esta expresión con la velocidad al cuadrado es válida mientras la bala se mueva con una rapidez inferior a la del sonido, que es de aproximadamente 342 metros por segundo. Cuando se rebasa esa velocidad, la fricción ya no sigue esa ley.

Los coeficientes que acompañan pueden ser 0.47 si se trata de un proyectil esférico, o 0.50 si es cónico.

Para las personas con entrenamiento suficiente en la mecánica newtoniana y en las ecuaciones diferenciales, es recomendable un trabajo de muy buena calidad. Fue elaborado por Paola La Rocca y por Francesco Riggi, se llama: “Projectile motion with a drag force: were the Medievals right

after all?, fue publicado en Physics Education, July 2009 44 (4). Se encuentra en la siguiente dirección:

http://www.u-picardie.fr/~dellis/Documents/PhysicsEducation/Not_Experimental/Projectile%20motion%20with%20a%20drag.pdf

Una de las armas más utilizadas es la pístola de 9 milímetros, que tiene un diámetro de 9.01 m.m. y en el cilindro del cartucho lleva espacio para 0.86 mililitros de pólvora. La masa de la bala depende de a empresa que fabrica el cartucho, varía desde 7.5 gramos en el caso de Cor-Bon, hasta 9.5 gramos en el de Remington y Winchester. La velocidad de salida de la bala también depende de la empresa fabricante: es de 410 m/s en el caso de Corn-Born, hasta 300 m/s en el de Remington.

Según los reportes policiacos, una bala de ese calibre fue disparada el 2 de noviembre desde un sitio colocado a cerca de 300 metros del cine donde un niño veía una película acompañada de su padre. El usuarion imprudente apuntó hacia arriba en un ángulo seguramente superior a 45 grados con respecto a la horizontal y jaló el gatillo. El proyectil describió inicialmente una parábola, pero la trayectoria empezó a deformarse como consecuencia de la acción de la fuerza de fricción viscosa. Después de llegar al punto más alto, la trayectoria se combó hacia abajo y viajó hacia el techo de un cine cuyas láminas eran de fibra de vidrio. Perforó el mismo, y también, un plafón de adorno que también cumplía el papel de absorber los sonidos para evitar que el eco deforme la audición original. En ese punto estaba muy cerca de lo que en física llamamos velocidad terminal de un cuerpo que cae.

La gráfica siguiente pertenece al artículo de Paola La Rocca y Francesco Riggi que he citado y recomendado párrafos más arriba. Ilustra en forma excelente lo que hemos relatado.

La velocidad terminal se presenta cuando la fuerza de gravedad se equilibra con la fricción viscosa. En cuyo caso el proyectil cae con velocidad constante. Por ejemplo, los paracaídas son diseñados de modo tal que esa velocidad terminal sea muy pequeña.

El cálculo de la rapidez terminal de las balas es complicado y la medición en base a experimentos también es difícil. Sin embargo, existen datos en el sentido de que, cuando vienen cayendo, la rapidez de caída de las balas deja de crecer cuando alcanza como mínimo 162.5 Km/hora, y en otros casos, llega hasta 216.31 Km/hora. Depende del calibre del proyectil y de su masa que, como ya mencionamos, difiere de unos fabricantes a otros.

Para darnos una idea de estos números conviene compararlos con las velocidades a las cuales lanzan los pitchers de beisbol más rápidos en la historia de este deporte en los Estados Unidos. Uno de ellos es Rich Gossage, quien intimidaba a los bateadores con las velocidades superiores a las 100 millas por hora de sus lanzamientos (160 kilómetros por hora). Una forma de apreciar esa rapidez es observar el siguiente video de 52 segundos.

http://www.youtube.com/watch?v=knhVHLtub4U

El lector puede imaginar un objeto con forma de bala, de punta aguda y metálico, cayendo sobre nuestras cabezas. ¿Qué nos ocurriría?

Si la persona afectada tiene la “suerte” de no ser golpeada en la cabeza por la bala, ésta puede penetrar su cuerpo y alojarse en su interior con un riesgo variable, pues depende del sitio en el cual se incrusta. Un caso discutido medicamente, con una radiografía en donde se aprecia una bala, se puede encontrar en la figura 1 de la publicación susceptible de ser consultada en la dirección siguiente:

http://ats.ctsnetjournals.org/cgi/reprint/83/1/283

Cuando se desarrollan celebraciones de año nuevo, y otras fiestas semejantes, por cada disparo que Usted escucha hay uno de esos proyectiles cayendo. La inmensa mayoría de la población no se horroriza porque no sabe lo que está sucediendo.

Lo mejor es no hacerlo, pero debido a que es peligroso tratar de persuadir a los borrachos que ya tienen su pistola en la mano, lo menos que podemos hacer es resguardarnos de tanta barbarie e ignorancia.

Los rayos y los riesgos que corremos durante las tormentas eléctricas

La foto anterior fue tomada por un profesional de nombre Martin Fischer

¿Pero qué son los rayos?

La etnia Navajo, formada por los habitantes originales de lo que pasó a ser el Estado de Arizona como consecuencia de la invasión anglosajona, tenía una leyenda acerca de los rayos que acompañan las lluvias de verano. En ella contaban que éste ocurría cuando un ave mítica batía sus alas para crear el trueno y al mismo tiempo reflejaba con sus ojos los rayos del Sol.

Ahora somos más prácticos, usamos la ciencia para explicar la naturaleza y desde hace más de 200 años sabemos que los rayos son de naturaleza eléctrica. Todos conocemos esas tormentas, que en el lenguaje común son conocidas como rayos. Se presentan principalmente en el verano y vienen acompañadas de un ruido atronador y de un pulso luminoso que llamamos relámpago.

Ocurren como resultado de las nubes de desarrollo vertical, las cuales surgen como consecuencia de las corrientes de convección alimentadas por el flujo de vapor de agua. Se llama así al movimiento ascendente de aire calentado en contacto con el suelo. Cuando está más caliente que el de su alrededor, su densidad es menor, por eso sube. Durante el ascenso ejecuta un proceso adiabático, nombre recibido porque casi no hay intercambio de calor entre la celda de aire ascendente y el medio circundante.

Ese aire que asciende se enfría mientras se expande, dando lugar a un aumento de su densidad, lo cual lo trae de regreso hacia el suelo, generando un proceso cíclico.

Durante esa circulación se forma una región donde la presión es ligeramente menor, dando lugar a que el vapor de agua fluya hacia allí, haciendo nacer una nube cuyo tamaño puede crecer, alcanzando en ocasiones más de 15 kilómetros de altura.

La forma precisa en la cual se carga eléctricamente la nube es un tema discutido a nivel de grupos de investigación sobre la física de las nubes. Hay varias propuestas que tratan de explicar cómo y por qué se carga de electricidad la nube, pero cada modelo tiene sus ventajas y sus críticas. Hasta ahora, no existe consenso entre los especialistas del ramo.

Cuando la nube está madura se encuentran en su parte baja una gran cantidad de cargas eléctricas negativas, mientras que las positivas se acumulan en la parte alta de la nube, donde se dispersan junto con el vapor de agua que se abre, como podemos ver con frecuencia en las nubes de verano.

Los rayos que nos preocupan son las descargas eléctricas que se transmiten entre una nube y la tierra y constituyen solamente el 10% de todas las que se generan en la nube. El otro 90% de rayos ocurren de un sitio a otro de la nube y pueden ser observadas en la noche en las tormentas relativamente lejanas. Obviamente, en la ciudad se complica esta observación.

La duración aproximada del rayo es de 5 diezmilésimas de segundo y en ese tiempo transmiten una energía de 500 megajoules de energía, que es equivalente a la energía gastada por  500 mil planchas eléctricas de las que se usan para planchar la ropa.

El rayo es una descarga eléctrica que se transmite a través de un canal que mide de 2 a 5 centímetros de grosor. Súbitamente calienta el aire hasta alcanzar una temperatura de 39 mil grados centígrados, más de seis veces superior a la de la superficie del Sol. La intensidad del trueno es mayor que los 120 decibeles, y por eso, es diez veces superior al ruido de un rotomartillo en acción.

La carga transferida varía desde 10 a 30 coulombs, con una corriente eléctrica de 30 mil amperes, que equivale a conectar en paralelo 500 baterías de automóvil de tamaño promedio. Por esa razón, la descarga sobre la tierra es capaz de fundir los granos de arena, formando minerales fundidos que reciben el nombre de fulguritas. Tienden a ser alargados y claramente se observa que son producto de temperaturas muy altas. Escribiendo la palabra: “fulgurita” en la sección de imágenes de google puedes encontrar muchas imágenes sobre cómo son. Una liga con muchas fotografías se inserta enseguida:

http://webecoist.momtastic.com/2009/11/03/fulgurites-high-glass-digs-where-lightning-goes-to-die/

¿Por qué corremos peligro durante las tormentas eléctricas?

En Hermosillo Sonora es común esta clase de formaciones nubosas, en el verano de 2012, por ejemplo, se presentaron muchas nubes de desarrollo vertical. Una de ellas es la siguiente:

El golpe directo de los rayos es evidente, pues si pueden fundir los minerales de la tierra, también pueden acabar con la vida de las personas o destruir propiedades y generar incendios. Sin embargo, los efectos más frecuentes, porque el área de influencia es más grande, son los de tipo indirecto, que se presentan en lugares separados varias decenas de metros del punto donde el rayo cae. Explicaremos esto último enseguida:

En la siguiente imagen vemos una recta vertical anaranjada que indica una varilla, un árbol, o cualquier otro objeto prominente que se alza por encima del suelo. A la derecha de la imagen se encuentra una línea quebrada de color rojo que representa el rayo. En el suelo hemos dibujado elipsoides que significan círculos concéntricos en el suelo, cada uno de los cuales representa una línea en la cual una cantidad llamada “potencial eléctrico” se mantiene constante. En el lenguaje de la física lo anterior quiere decir que, de un círculo a otro, ese potencial es diferente, a lo cual se le asigna el nombre de voltaje.

En la vida cotidiana aprendemos que cuando existe un voltaje entre las puntas de dos baterías, al conectar ambas con un alambre conduce una corriente eléctrica.

Cuando una persona se encuentra a algunas decenas de metros de un rayo, puede ser sorprendida caminando como se indica en la siguiente figura. En ella se demuestra que cada pie está en contacto con un círculo diferente, de modo  que entre dos partes de su cuerpo aparece un voltaje como consecuencia de la acción del rayo, aunque no le golpee directamente.

En el caso de una persona cuyo paso sea de 50 centímetros, puede haber entre sus dos pies un voltaje de 500 voltios, y cuando el suelo está seco, casi toda la corriente se mueve a través de su cuerpo, provocando que se electrocute, causándole lesiones que pueden llevarlo a la muerte. En cambio, si el suelo está mojado, las posibilidades de sobrevivir mejoran.

Lo anterior puede generalizarse a varias situaciones diferentes.

Pondré como ejemplo el caso de una casa, o instalación comercial, donde se encuentran personas mientras se desarrolla una tormenta eléctrica durante en época de lluvias de verano. Tomo de Panoramio una foto de René Trujillo, quien muestra en google earth varias fotografías de San Pedro de la Cueva, un pueblo de Sonora en la orilla de la Presa del Novillo.

Supongamos que existe allí servicio de agua por tubería y también un poste cercano de cualquier otro servicio. También podría tratarse del árbol que se observa a la derecha de la foto, hacia atrás de la vivienda.

Supongamos que cae sobre ese árbol, o algún poste cercano, un rayo en el momento en que se lava las manos una persona, o bien, quien atiende el restaurante está lavando los platos. Aunque el rayo no golpea sobre la estructura de la casa, la distancia desde del sitio donde cae la descarga eléctrica hasta la tubería del agua es diferente de la distancia desde ese sitio hasta los pies de la persona en contacto con el agua. El resultado es que el voltaje de esa agua que sale por la llave es casi el mismo que en el sitio de la tubería más cercano al punto donde pega el rayo. Esto da por consecuencia que hay un voltaje de miles de voltios entre las manos de la persona y sus pies. La descarga electrocutará a quien resulte sorprendido(a).

 El mismo fenómeno se presenta si alguien usa el teléfono tradicional cuando ocurre una tormenta eléctrica. Un rayo sobre un poste del servicio eléctrico generará un voltaje casi igual en la punta del auricular que usa la persona, en cambio donde tiene sus pies, habrá otro diferente. El resultado es similar al mencionado arriba.

Datos de personas accidentadas por los rayos

Hay algunos datos interesantes en el portal mimeteo.com, desarrollado por la empresa EcimTech, dedicada a servicios informáticos, en compañía de Mauricio Saldívar & Asociados, en la cual se dedican a asesoría y servicios sobre ciencias de la atmósfera y ambientales.  Allí se afirma que México es una de las naciones con más alta densidad de rayos en tierra. Afirman que entre 2005 y 2011 ocurrieron 320 fallecimientos como consecuencia de este fenómeno. A su vez, los heridos por la misma razón fue de 12 mil 200 personas.

http://www.mimeteo.com/blog/tuttifrutti/muerte_rayos_mex/

Citan como fuente de su afirmación a Arturo T. Juárez, de la Asociación nacional de Normalización y Certificación del Sector Eléctrico (ANCE).

El portal de noticias e-consulta afirma, en una nota de Oscar Rodríguez fechada el 15 de julio de 2012, informa sobre la muerte de dos campesinos y de una mujer que colaboraba con ellos en una parcela. Estos hechos ocurrieron como consecuencia de la caída de un rayo sobre un árbol en el que se guarecían de la lluvia que los había sorprendido mientras cita una información vertida por Felipe Reyna, titular del Instituto de Protección Civil del Estado de Oaxaca.

Datos como los anteriores hay miles. Lo que se requiere es tomar las medidas preventivas necesarias para proteger a las personas.

La prueba del maratón, el agua y la energía de los corredores.

La prueba del Maratón cierra los juegos olímpicos y consiste en correr una distancia de 42 kilómetros más 195 metros.

Su nombre proviene de la leyenda acerca del soldado griego Filípides, quien habría recorrido la distancia de 42 kilómetros que separa al Valle de Maratón de la Ciudad de Atenas.

De acuerdo a la leyenda, Filípides corrió esa distancia después de viajar varias veces entre Atenas y Esparta para pedir ayuda, siendo su última carrera el trayecto entre el valle que se llama Maratón y la ciudad, con el encargo de avisar que habían vencido.

En realidad, el dato histórico más preciso parece ser que fue todo el ejército griego el que corrió desde el valle hasta Atenas para defenderla antes de que los persas le dieran vuelta a la península a bordo de sus barcos y la atacaran.

¿Pero qué tan grande es el esfuerzo que realizan los atletas cuando corren esta prueba olímpica? Veremos enseguida que hay dos grandes riesgos a superar cuando se corre el Maratón.

El primer problema a enfrentar es la fuente de energía para los músculos. La base de energía para las células de este tejido es el glicógeno, que resulta fundamental para los atletas de distancias cortas, como 100 o 200 metros planos.

El ser humano puede sintetizar el glicógeno y almacenarlo para su uso. En el caso de los corredores de largas distancias, pueden almacenar hasta 2 mil kilocalorías en sus cuerpos, lo cual les permite recorrer alrededor de 30 kilómetros de competencia.

Cuando la cantidad de glicógeno escasea, el cuerpo empieza a utilizar la grasa almacenada, lo cual ocurre con lentitud, hasta que ésta también se agota. Entonces ocurre un fenómeno de fatiga extrema que los corredores de maratón llaman: la pared.

Modernamente los corredores utilizan unos gels que proporcionan energía mientras corren. Se trata de sustancias energéticas con cantidades variables de sodio y de potasio que se ingieren con pequeñas cantidades de agua. Y quienes no disponen de esta tecnología sofisticada utilizan dulces sólidos, galletas y otras formas de azúcar concentrada.

El consumo de alimentos diferentes a los anteriores suele enfermar a los atletas y por esa razón se les recomienda no introducir sustancias diferentes a las de su dieta usual.

El segundo problema que enfrentan es el consumo de agua. Mientras corre durante un día caluroso, un corredor promedio pierde, por hora, hasta un litro y seiscientos mililitros de este líquido. Esta es la cantidad de agua que cabe en un poco más de seis tasas y media de café.

Para reponerlo, el atleta toma agua periódicamente, pero ésta no pasa desde el estómago al flujo sanguíneo, sino que, una vez allí, necesita pasar al intestino antes de ser absorbida por el organismo, lo cual ocurre a una velocidad de 0.6 litros por hora y da por consecuencia que el corredor de maratón tenga siempre un déficit de aproximadamente un litro de agua cada hora.

Este déficit de líquido repercute en el rendimiento del atleta, pues da lugar a que corra 3% más lento después de la primera hora y 6% más lento después de la segunda.

La táctica más recomendada consiste en tomar aproximadamente 400 mililitros de agua (casi el doble de una tasa común), cerca de 20 minutos antes del iniciar la carrera y mantenerse ingiriendo 100 mililitros de agua (un tercio de una tasa) cada 10 minutos durante la carrera para mantener al estómago cerca de su tope.

Hasta antes de la Olimpiada de Londres, en el año 2012, la marca más rápida del mundo se debe al corredor keniano Patrick Makau, quien el 25 de septiembre de 2011 cubrió la distancia del maratón en 2 horas 3 minutos y 38 segundos.

Entre las mujeres, la mejor marca del mundo, hasta antes de la Olimpiada de Londres, en el año 2012, es el de la corredora inglesa Paula Radcliffe, quien el 13 de abril de 2003 corrió el maratón en 2 horas, 15 minutos y 25 segundos.

El material de la pista de atletismo

En los juegos olímpicos de Beijing ocurrieron resultados en las marcas del atletismo que mostraban mejores tiempos en las competencias de distancias cortas.

Nuestra pregunta es: ¿influye de alguna manera las instalaciones olímpicas utilizadas?

La respuesta es sí, porque la pista es construida con una nueva clase de poliuretano que puede mejorar el rendimiento de los atletas.

A diferencia del antiguo sistema a base de arena volcánica, que facilitaba a los corredores hundir los picos de sus zapatos para carrera y usarlos como ganchos que les permiten impulsarse, el nuevo material utilizado se deforma de manera elástica para devolverle al atleta la energía gastada. Así, en lugar de desperdiciar energía que se disipa como calor en la pista, la respuesta elástica del suelo hacia el atleta lo ayuda a impulsarse.

La última olimpiada con pista de atletismo a base de arena volcánica fue la de Tokio, en 1964. La marca mundial de 10.0 segundos, del estadounidense Bob Hayes, se logró sobre esa clase de superficie que ahora es obsoleta. En cambio, la primera olimpiada con superficie sintética fue la de México, en 1968, donde se inauguró el conocido tartán.

La construcción de una pista de tartán implica serias consideraciones previas para tomar una decisión:

1. La pista puede ser muy dura y respaldar el traslado de los corredores de velocidad, quienes se ven beneficiados por la respuesta elástica de la superficie sintética.
2. A diferencia del interés de los velocistas, los corredores de largas distancias se sienten afectados por la extrema dureza de la pista, lo cual se traduce en dolores de los tobillos y pantorrillas, con riesgo de lesión como consecuencia del impacto tan alto que produce una pista sintética dura.
3. Por el contrario, los corredores de distancias largas están felices cuando la pista es relativamente blanda, con una respuesta elástica moderada que no pone en peligro sus piernas.

Con las técnicas modernas, la construcción de una pista de atletismo inicia con la instalación de un piso firme de asfalto, seguido de un material que se llama elastómero, llamado así porque tiene propiedades elásticas similares a las de las ligas que se venden en las papelerías. Finalmente se aplica una capa granulada que evita los deslizamientos.

El elastómero y el granulado se untan sobre la superficie de asfalto y ya no necesitan del uso de mercurio, que cuando ingresa a nuestro organismo se comporta como una neurotoxina que daña el sistema nervioso central en los adultos y produce impedimentos en el desarrollo neurológico de los fetos.

La pista del estadio “Nido de Pájaro” de Beijing fue hecha con un material suficientemente duro como para facilitar el desplazamiento de los velocistas. En cambio, los corredores de largas distancias se quejaron de dolor en los tobillos, especialmente las damas.

En algunas pruebas de damas, las corredoras tomaron precauciones, por ejemplo la competencia de 5 mil metros femeninos fue corrida con una lentitud extrema por parte de las corredoras finalistas, quienes trataban de evitar una lesión, cuidando su organismo para cerrar los últimos mil 200 metros a gran velocidad. En este caso, la única prioridad era estar en condiciones de un cierre muy rápido sin arriesgarse a quedar fuera de la carrera por lesiones.

En el caso de las competencias de Londres en 2012 es interesante esperar si las mejores marcas en la pista de atletismo ocurren en las pruebas de velocidad, o en las carreras más largas.

Física del salto con garrocha

El salto con garrocha es una competencia de atletismo que consiste en tratar de saltar por arriba de una varilla colocada horizontalmente a cierta altura. El procedimiento consiste en tomar impulso durante una carrera de 50 a 60 metros sosteniendo una vara larga que el atleta coloca en una cavidad que detiene su carrera y permite transferir la traslación horizontal en una vertical.

Las garrochas usadas a fines del siglo XIX eran de madera, pero a principios de los años 1900 fueron cambiadas por otras de bambú, que tenían la misma resistencia pero eran más livianas. Después se usaron garrochas de acero y de aluminio.

En lo referente al salto con garrocha, las reglas de la Federación Internacional de Atletismo Amateur son muy flexibles. No hay restricción sobre longitud de la garrocha, ni sobre el material que se usa para construirla, tampoco sobre la capacidad para almacenar energía en caso de deformación. La única estipulación es que la superficie sea suave en general y no tenga demasiada cobertura con cintas adhesivas.

A principios de los años 1960 se empezó a utilizar un nuevo tipo de garrochas a base de fibra de vidrio rellena de un polímero que es una forma de resina.

La característica de este tipo de garrochas fue incrementar la flexibilidad y permitir al atleta la realización de un movimiento gimnástico en el que se coloca con la cabeza hacia abajo, combando el cuerpo en torno a la varilla que no debe derribar, logrando así que su cuerpo arqueado pase por arriba mientras su centro de masa puede pasar por debajo de ella.

Si un saltador de 80 kilogramos alcanza una velocidad de 10 metros por segundo, que equivale a 36 kilómetros por hora, gana una energía cinética de 4,000 joules, lo cual puede convertir en una altura de 5 metros, si realiza los movimientos de acuerdo a la técnica correcta.

Sin embargo, los ganadores de la prueba de salto con garrocha logran marcas cercanas a los 6 metros, lo cual nos lleva a preguntarnos de dónde surge el metro restante.

La respuesta está en que, además de convertir el impulso horizontal logrado durante la carrera en otro impulso vertical, el atleta dobla la garrocha con los músculos del tronco y de los brazos, haciendo que, al combarse, ésta almacene una energía elástica que impulsa al saltador hacia arriba.

En condiciones ideales, la energía elástica de la garrocha puede llegar hasta los 1,250 joules, lo cual permitiría casi un metro con 60 centímetros adicionales, que sumados a los 5 metros ya mencionados, alcanzaría para llegar hasta alturas de 6 metros con 60 centímetros.

Lo anterior explica por qué antes de 1960 los mejores saltadores con garrocha estuvieron siempre por debajo de los 4 metros con 80 centímetros, logrando superar los 5 metros hasta el año de 1963.

En 1912 el mejor saltador del mundo alcanzaba los 4 metros con 2 centímetros, mientras que en 1960 se encontraban en los 4 metros con 80 centímetros. Esto nos dice que, en 48 años, apenas habían incrementado la mejor altura en 78 centímetros.

En cambio, bastaron 17 años, desde 1963 hasta 1980, para que alguien alcanzara una altura de otros 78 centímetros, lo que indica que el material y el diseño de la nueva garrocha de fibra de vidrio jugó un papel importante en el incremento súbito de la altura en esta prueba del atletismo. Lo hizo el polaco Wladyslaw Kozakiewics el 30 de julio de 1980 en Moscú.

Como ya mencionamos, el resultado teórico es que, si se aprovecha al máximo la energía elástica que puede almacenar la garrocha, para luego transferirla al impulso hacia arriba, los mejores saltadores lograrían una altura de 6.50 metros.

Serguei Bubka logró saltar 6.15 metros el 21 de febrero de 1993, pero el record mundial reconocido lo alcanzó en Italia en 1994, con 6.14 metros, siendo éste el que se mantiene hasta la fecha.

Bubka alcanzaba una velocidad de 9.9 metros por segundos, casi como un corredor de cien metros, y disponía de una técnica que es considerada la secuencia de posiciones de mejor calidad hasta la fecha.

En el caso de las damas, la competencia del salto con garrocha es dominada desde el año 2003 por la rusa Yelena Isinbayeva, de quien el entrenador Steve Rippon ha dicho que es de las pocas mujeres cuya técnica es tan buena como la de los varones, superándolos en la segunda parte del salto debido al enorme control que tiene sobre los movimientos de su cuerpo, lo cual se adjudica a que siendo niña y adolescente fue gimnasta, deporte del cual fue dada de baja por ser demasiado alta: ahora ella mide 1 metro con 75 centímetros.

La marca más alta lograda por Yelena Isibayeva es de 5 metros con 6 centímetros, que superó el 28 de agosto de 2009 en Zurich, Suiza.

Un análisis científico sobre la diferencia entre el amor y el deseo sexual

Existe un estudio sobre la manera en que el cerebro procesa el sentimiento de amor y el del deseo sexual. La pregunta a investigar consiste en saber cuál es la forma en que este órgano procesa ambos. La respuesta que vamos a presentar se debe a Jim Pfaus, quien junto con otros cuatro investigadores de distintas instituciones académicas, ha publicado un reporte sobre sus avances en este tema. Él es profesor de psicología en la Concordia University e integrante del Centro de estudios en Neurobiología de la Conducta.

El planteamiento es en si mismo interesante, pues la temática se formula a partir de una afirmación común en la literatura, en el cine y en la vida cotidiana. Incluso, es usado como una justificación por parte de muchos varones que son sorprendidos por la novia, o la esposa, admirando a una dama de cara y/o de cuerpo atractivo.

No es común que los temas científicos se planteen a partir de categorías presentes en el lenguaje de la vida cotidiana, por ejemplo, el estudio de las propiedades de los gases no se hace tomando como variables científicas el color, ni el olor de estos. Se recurre a tres magnitudes que requieren cierta elaboración para ser comprendidas: la más simple es el volumen, las otras dos son la temperatura y la presión.

El artículo se llama: “The Common Neural Bases Between Sexual Desire and Love: A Multilevel Kernel Density fMRI Analysis”, que podemos traducir como: “Las bases neuronales comunes entre el deseo sexua y el amor: un análisis mediante resonancia magnética”. El resto del título tiene que ver con la técnica utilizada y no lo incluyo en mi traducción. El reporte fue publicado en la revista científica “The Journal of Sexual Medicine”, en su edición en línea, en enero de 2012. El interés surge, en palabras de Jim Pfaus, porque ellos desean saber qué partes del cerebro trabajan cuando una persona siente amor y cuando tiene deseo sexual. La cita técnica de la revista es: J Sex Med 12;9:1048–1054. Quienes tengan acceso institucional a esa publicación, pueden tener acceso al artículo en la dirección que sigue: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1743-6109.2012.02651.x/abstract

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El portal de difusión científica Science Daily News lo incluyó entre sus temáticas el 20 de junio de 2012 y está disponible, para quienes leen el Inglés, en la dirección que agregamos enseguida:

 http://www.sciencedaily.com/releases/2012/06/120620101011.htm

En el resumen del trabajo, los autores afirman que uno de los dilemas más difíciles en la relación de la ciencia con la terapia de parejas es la interacción entre el deseo sexual y el amor. Considerados ambos como dos estados mentales de intereses de unión con otra persona, afirman allí que, en efecto, frecuentemente resulta difícil desenredar ambos sentimientos.

La forma de abordar el problema consistió en revisar las diferencias y semejanzas entre esos dos estados mentales, pero usando un análisis estadístico (metaanálisis en palabras de los autores) de imágenes de resonancia magnética en personas que experimentaban amor y/o deseo sexual.

La resonancia magnética es un fenómeno físico que se usa para obtener imágenes de cuerpos vivos sin necesidad de inyectar sustancias, ni introducir sondas molestas. Funciona por medio de dos campos magnéticos, uno muy intenso que obliga a los átomos a orientarse de cierta forma; y otro campo, no tan fuerte, que aparece y desaparece como si fuera un pulso de sonido. Éste saca a los átomos de ese orden durante un intervalo de tiempo muy corto. En cuanto ese segundo campo es retirado, todos los átomos emprenden un proceso de regreso a su orientación original, y mientras lo hacen, emiten ondas electromagnéticas que son registradas en censores que envían la señal a una computadora. Allí es donde se procesa la imagen.

Las imágenes estudiadas por esta quinteta de científicos muestra que sí hay diferencias entre las partes del cerebro que funcionan cuando alguien siente amor o deseo sexual. Ellos encontraron que hay zonas del cerebro que coinciden, pero que trabajan integradas con otras que son diferentes. Los resultados los podemos imaginar como pequeños focos en un árbol de navidad que se quedan prendidos. Si pensamos en dos de estos arbolitos navideños, resulta que cuando las personas sienten amor hay una región de foquitos prendidos, mientras que durante el sentimiento de deseo sexual hay otra región de focos encendidos. La comparación de ambos árboles de navidad muestra que hay una región que sí es la misma, mientras que existen otras que son distintas.

En sus conclusiones, los autores nos dicen que el patrón de activación específico sugiere que el amor se construye a partir de un circuito neuronal dedicado al registro de las sensaciones y el placer, pero agregando regiones asociadas a la expectativa de recompensa, hábitos formados y detección de características. El sentimiento de amor comparte una región activada del cerebro con el deseo sexual: se llama ínsula y se encuentra en una región del cerebro que se puede aprecia en el siguiente dibujo

Algunas de las funciones cerebrales en las que participa se puede localizar en la siguiente dirección de Internet:

http://bjp.rcpsych.org/content/182/3/190.full

El deseo sexual es más simple en términos de activación cerebral, está ligado a experiencias sensomotrices, y en consecuencia, los autores del estudio nos dicen que el amor puede resultar a partir de un trabajo más abstracto en el que se integran varias experiencias en las cuales, una de ellas, es precisamente el deseo sexual.

La ciencia moderna nos permite saber que el amor vive en el cerebro y no en el corazón. De modo que el próximo día de San Valentín, los jóvenes podrían idear un símbolo menos romántico, pero si más novedoso, con paletitas de dulce y chocolates con cerebritos impresos en sus envolturas.

Jim Pfaus y sus colegas analizaron veinte estudios separados en los cuales examinaron la actividad cerebral en sujetos involucrados en tareas tales como fotografías eróticas, o bien, en la observación de fotos de personas significativos para ellos. A la vez, un sistema de resonancia magnética hacía un mapa de las zonas activadas de sus cerebros.

Así encontraron que hay dos estructuras cerebrales jugando un papel importante en las respuestas de los cerebros cuando se experimenta el deseo sexual o el sentimiento de amor: son la ínsula y el cuerpo estriado (striatum en Inglés). Una imagen de esta última zona del cerebro se presenta enseguida

Algo que los autores consideraron sorprendente es que es esta misma parte del cerebro la que se asocia en los casos de adicción a las drogas. Por esa razón, dice Pfaus: “el amor es un hábito que se forma a partir del deseo sexual recompensado y, dentro del cerebro, trabaja en la misma forma que le ocurre a las personas adictas a las drogas.

A manera de broma, que no se puede confundir con el consejo de un terapeuta, puedo decirle a las jóvenes que no se preocupen si sorprenden a su novio mirando la siguiente figura:

A su vez, los jóvenes no se deberían preocupar si encuentran a su novia mirando fijamente la foto siguiente:

No hay porque preocuparse, ambas personas no están al alcance de él, o de ella, y como consecuencia, no entraran en el proceso de formación de hábito porque no obtendrán ninguna recompensa.