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Sábado, 3 de mayo de 2008

FISICA DE LO IMPENSADO

El sonido y el fuego

En los papeles, apagar un fuego es sólo cuestión de echar agua, arena o un poco de dióxido de carbono. Sin embargo, la tarea se presenta compleja, desde hace días, para los bomberos voluntarios que intentan apagar los rebeldes focos ígneos del Delta, en la Provincia de Buenos Aires. La física aporta lo suyo para dar cuenta de los factores que influyen sosegando o alimentando su virulencia. ¿Están las frecuencias sonoras en condiciones de extinguir un incendio?

 Por Esteban Magnani y Luis Magnani

En la búsqueda de un método “limpio” para apagar el fuego en las naves espaciales, en el 2004 Dmitry Plaks y sus compañeros, estudiantes de la Universidad de West Georgia, hicieron pruebas para constatar que las ondas de sonido son capaces de sofocar las llamas: colocaron una vela en un cuarto grande, sin techo, con 3 parlantes en las paredes.

Se encendió la vela y sonó How you remind me por la banda Nickelback. Según la Revista de la Sociedad de Acústica de Norteamérica en sólo 10 segundos la llama se extinguió, justo cuando la banda produjo una nota baja.

El físico James Espinosa, del Rodees College de Memphis, consejero del grupo, dijo que no podía ser falta de oxígeno. Tampoco el viento. Y supuso que cierta frecuencia de onda era la causante.

En nuevas pruebas con un rango amplio de frecuencias se encontró que el apagado se producía entre los 40 y 50 hertz, en la gama audible del hombre (20 a 20.000 hertz).

Plaks confiesa que no sabe qué está pasando y, aunque la noticia apareció en medios prestigiosos como Scientific American, el escepticismo sobre este experimento es bastante grande.

Ya en 1857, el físico irlandés John Tyndall decía sorprendido que levantando su voz extinguía una llama. Hoy la investigación se mantiene porque los rociadores pueden ser tan perjudiciales como el fuego y es necesario encontrar un método más limpio.

EN LA MISMA FRECUENCIA

Los cuerpos elásticos vibran con frecuencias naturales de oscilación. Si el cuerpo se somete a una serie periódica de impulsos cuya frecuencia iguala una de las naturales, la vibración puede alcanzar una gran amplitud.

El fenómeno se denomina resonancia. Un ejemplo simple se ve al empujar una hamaca, péndulo de una sola frecuencia natural. Si se empuja la hamaca con una frecuencia igual a la natural, el movimiento se hace más grande.

Si la frecuencia de los impulsos difiere, la hamaca oscila con dificultades o se detiene. Así, la frecuencia (y el buen volumen) de la voz de Caruso coincidía con la frecuencia natural de la copa que entraba en resonancia y se rompía por la amplitud de su vibración.

Más espectacular es el caso de una compañía de soldados marchando sobre un puente que, al entrar en resonancia, se viene abajo. En 1850, en Angers, 226 soldados franceses sobre 478 murieron en el río Maine.

En el Albert Bridge, un puente de Londres, un cartel aún reza en la entrada “Todas las tropas deben romper el paso cuando marchen sobre este puente”. Por eso, las cualidades no exploradas del sonido no son de minimizar aunque, prima facie, estos ensayos susciten dudas.

EL ENEMIGO

El fuego es una reacción química y una vez desencadenada continúa hasta que alguno de sus componentes activos se agota. El fuego necesita de un combustible que se queme. Puede ser un gas, un líquido, o un sólido. El calor y el oxígeno del aire hacen el resto. Ergo, un fuego puede apagarse alejándolo del combustible o sofocándolo (privándolo del oxígeno).

Lo normal para apagar un fuego es echarle agua, arena o dióxido de carbono. Al tapar el combustible, el oxígeno no llega y se sofoca. No es lo mismo que apagar una vela soplándola. Aquí, la llama es alejada de su fuente, se aleja el calor y se detiene la reacción.

Un caso límite son los grandes fuegos, como el de un pozo de petróleo, que se apagan aplicando igual principio: un explosivo aleja al petróleo de la llama y su calor.

¿UN EXTINGUIDOR BASADOB EN EL SONIDO?

El sonido es una onda de presión que se desplaza por un medio sólido, líquido o gaseoso. El oído humano está diseñado para percibir las diferencias de presión que les entregan los objetos que vibran, es decir, las presiones que se transmiten partícula a partícula.

Cada objeto elástico vibra, por lo general, con una frecuencia fundamental más las armónicas (frecuencias que se obtienen multiplicando la natural por un número entero) propias que pueden tener distintas intensidades.

Al preguntarse por qué la vela se apaga con un sonido de entre 40 y 50 hertz, Plaks acude a la ley general de gases: en un gas, temperatura, presión y volumen están relacionados. Por consiguiente, como el sonido produce variaciones de presión, en el momento en que baja la presión baja la temperatura y esto explicaría por qué el sonido apaga la llama. Claro, son teorías.

De conseguir un extinguidor basado en el sonido, Espinosa cree que sería muy útil en el espacio. No usar agua ni gases tóxicos tiene beneficios. Pero Gary Ruff, a cargo de las técnicas de extinción de fuegos del Centro de Investigación Glenn de la NASA, Cleveland, no coincide: se necesita electricidad y que los astronautas puedan ver las llamas para apuntarles a las ondas de sonido. El quiere un sistema que trabaje solo.

EL PROYECTO PROMETEO

Manejado por el equipo de Plaks, investiga los efectos del sonido sobre la combustión en ausencia de la gravedad. La NASA siempre buscó técnicas apropiadas de lucha contra el fuego, más con lo ocurrido al Apollo 1 y al Columbia. Existen sólo 3 modos de combatir el fuego con gravedad cero: dióxido de carbono, espuma de agua y Halon 1301. Ninguno es totalmente efectivo y encierran amenazas para los astronautas. De ahí la búsqueda de la alternativa sonora.

En la superficie terrestre la gravedad juega su rol porque da forma a las llamas e influye en la cantidad de energía producida. Para estudiar el proceso químico puro, Plaks quiso experimentar en un entorno de gravedad cero. La NASA posee una nave conocida como la “Maravilla ingrávida” que describe una parábola y, al caer, brinda unos 30 segundos de ingravidez. Pero, en ese lapso, lograr hechos automáticos como el encendido de una vela y la producción de sonidos mientras se registran la temperatura, presión, volumen y frecuencia del sonido, no es simple.

Un buen resultado brindaría aplicaciones exitosas. En la misma Tierra, disponer de “rociadores de sonido” que apunten a zonas específicas ahorraría millones en documentos, muebles y objetos valiosos. Eso, si se demuestra que realmente el sonido puede apagar el fuego, claro.

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“Todas las tropas deben romper el paso cuando pasen por este puente.”
 
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