Profesionalista o científica? - Facultad de Ciencias Exactas y ...

Preguntas¿Por qué hace más frío a medida que ascendemos(una montaña, por ejemplo)?Por la doctora Norma Possia, investigadoraen el Departamento de Ciencias dela Atmósfera y los Océanos de la FCEyN yel CIMA, Instituto de UBA-CONICET.En la región de la atmósfera más cercana ala superficie terrestre (los primeros 11 kmaproximadamente) que llamamos troposfera,la temperatura desciende (en promedio) conla altura, desde l5° C en la superficie, hasta llegara -70° C en su límite superior (tropopausa).La disminución de la temperatura con laaltura en la troposfera se debe primariamentea que la luz solar calienta la superficie de laTierra y a su vez ésta calienta el aire que seencuentra sobre ella. En la atmósfera, el calores transferido por radiación, conduccióny convección.Por un lado, la densidad del aire en la atmósferadisminuye muy rápidamente con laaltura. En los 5,5 kilómetros más cercanos ala superficie terrestre se encuentra la mitadde la masa total atmosférica, y a la altura delEverest (unos 9 kilómetros) está el 70 % deella. El aire se encuentra concentrado cercade la superficie debido a la atracción de lagravedad. La presión atmosférica, como unamedida del peso de la masa de aire, tiene unadistribución semejante a la densidad.Por otra parte, los cuerpos emiten energíade acuerdo a su temperatura. Los más cálidosirradian longitudes de onda más cortas,y los más fríos, longitudes más largas. Perono solo emiten energía, sino que también laabsorben. En consonancia con la diferenciaentre lo que emiten y absorben, se calientano se enfrían.La radiación solar se distribuye desde el infrarrojo(ondas más largas) hasta el ultravioleta(ondas más cortas). Pero no toda la radiaciónalcanza la superficie de la Tierra, pues la atmósferaconstituye un importante filtro quehace inobservable radiaciones de longitudde onda inferior a las 0,29 micrones, porla fuerte absorción del ozono y el oxígeno.Ello nos libra de la radiación ultravioleta máspeligrosa para la salud. La Tierra recibe estaradiación durante las horas de luz.Asimismo, la Tierra emite constantementeenergía infrarroja. La atmósfera absorbe partede esta energía por el vapor de agua y el dióxidode carbono presentes en ella y la vuelve aradiar hacia la superficie (efecto invernadero).Dado que la concentración de vapor de aguadecrece rápidamente con la altura, la mayorabsorción ocurre en las capas cercanas a superficieproduciendo su calentamiento.En resumen, los gases de la atmósfera permitenque la radiación solar llegue a la superficieterrestre, pero ellos absorben buenaporción de la radiación infrarroja de la Tierramanteniéndola en las capas inferiores.Si una porción de aire se calienta más que elaire circundante, se elevará, porque es más livianoque el de su entorno. El aire calentado,al elevarse, transfiere el calor verticalmente.Las parcelas de aire más frío irán hacia la superficiea remplazar al aire ascendente. Estasparcelas frías se calentarán y ascenderán, y elaire frío de las capas superiores las reemplazarán.Se establece así una circulación convectiva.La convección es un importante mecanismode transferencia vertical de calor. Pero,cuando estas porciones de aire se elevan,disminuye la presión, entonces se expandeny se enfrían. A su vez, las que descienden secomprimen y se calientan.Un ingrediente que contribuye a esta redistribuciónvertical del calor es el vapor deagua. Cuando estas corrientes ascendentesconvectivas cuentan con el suficiente vaporde agua, en el ascenso éste se condensa porel enfriamiento, libera calor latente y calientael aire circundante.¿Por qué los planetas son redondos?Responde el doctor Fernando Minotti,investigador del CONICET y docente delDepartamento de Física de la FCEyN.La respuesta rápida es que los planetasson redondos porque la gravedad queproducen es lo suficientemente intensacomo para destruir cualquier irregularidadrelativamente grande. En efecto, sise aplican fuerzas que tienden a deformarun sólido, éste puede resistirlas mientrasno superen un valor máximo, por encimadel cual el material se rompe. No sólo lasdeformaciones, sino también las grandescompresiones rompen y, eventualmente,funden los sólidos, lo importante es que,si está roto o fundido, el material puede34balancear las fuerzas que tienden a comprimirlo,pero no ya las que tienden a deformarlo.La forma esférica minimiza losesfuerzos gravitatorios de deformación yproduce esfuerzos esencialmente de compresión,que pueden ser balanceados porla presión misma del cuerpo, aun siendogaseoso, como en el Sol o Júpiter.Si imaginamos una columna cilíndricade roca, notamos que la gravedad generasobre ella esfuerzos de deformación. Bastapensar en cómo se comportaría unacolumna inicialmente igual a la anterior,pero hecha de algún material fluido muyviscoso, como miel o dulce de leche. Estosesfuerzos serán mayores cuanto mayor seala altura de la columna o la aceleración dela gravedad, por lo que si estas son suficientementegrandes, los esfuerzos puedensuperar los valores de ruptura; la columnase desmorona bajo su propio peso. Estructurascon pendientes más suaves, comomontañas, pueden tener alturas mayoresal distribuir mejor su peso y generar asímenores esfuerzos de deformación.Un cuerpo celeste (asteroide, luna o planeta)del tamaño apropiado para generaruna gravedad tal que sólo puedan mantenerseen pie estructuras de altura pequeña(comparada con las dimensiones del cuerpo)tenderá entonces a ser esférico.Una estimación sencilla, usando las leyesconocidas de la gravedad y la resistenciade las rocas, conduce a que el radio mínimopara que esto pase sea del orden dela centena de kilómetros, valor bien superadopor los planetas. En los asteroides seha observado que, efectivamente, aquelloscon radios mayores que unos 150 kmtienden a ser esféricos, mientras que los dedimensiones menores tienen formas variadas(visite, por ejemplo, http://nssdc.gsfc.nasa.gov/photo_gallery/photogallery-asteroids.html).