Un cañon de vortices 

El cañón de vórtices es un experimento muy popular en las olimpiadas de ciencia en EE.UU. y este vídeo nos muestra que además es muy divertido. La primera vez que lo ví fue en Karen Bouffard, “The Vortex Cannon,” The Physics Teacher 38: 18,2000, donde se explicaba cómo fabricarlo. Se puede usar humo, para ver los vórtices toroidales, o incluso no usarlo y que parezca que actúa por efecto de la magia. Con un poco de práctica es fácil generar vórtices con suficiente energía para recorrer más de 10 metros de distancia y apagar velas, romper una torre de vasos de plástico (como en el vídeo), o incluso simular un fantasma de aire que acaricia la cara de una persona. La potencia del cañón de vórtices depende del volumen de aire de la cavidad que lo produce, por lo que se recomienda usar una gran caja de cartón (en la que se cortará un agujero circular de unos ~15 cm de diámetro). Más información en Elisha Huggins, “Smoke Ring Physics,” The Physics Teacher 49: 488-491, November 2011. El vídeo lo he visto en Alvy, “El asombroso y original cañón de aire que dispara vórtices,” microsiervos, 22 marzo 2012.

Esta imagen muestra el campo magnético inducido por la corriente eléctrica que pasa por un hilo. Un vórtice en un fluido se produce cuando el campo de velocidad (v) del fluido tiene una distribución similar. La matemática de este problema fue introducida por Herman von Helmholtz en 1858, la llamada teoría de la línea vorticial (“vortex line theory”).  El campo de velocidad depende inversamente de la distancia a la línea central (1/r) y la constante de proporcionalidad se denomina circulación (κ), que corresponde a una integral de línea en una curva cerrada centrada en la línea central. Helmholtz fue capaz de derivar estas ecuaciones para un vórtice de fluido a partir de las leyes de Newton aplicadas al fluido.

El teorema de Helmholtz implica dos consecuencias. Por un lado, los vórtices no pueden nacer o acabar en un fluido de densidad constante, es necesario que haya una superficie (en el caso de la caja es la pared); en el caso de un tornado estas superficies son el suelo y las nubes. Y por otro lado, Helmholtz descubrió que la generación de los vórtices requiere una fuerza potencial (fuerzas de presión o fuerzas gravitatorias en el caso de un fluido); las fuerzas no potenciales (como la viscosidad) no pueden producir vórtices. Ambas propiedades permiten explicar la gran robustez de los vórtices y por qué son capaces de recorrer grandes distancias.

1. En mecánica cuántica, la distancia más pequeña posible se conoce como longitud de Planck. Y el tiempo que tardaría un fotón en cubrir esa distancia se conoce como tiempo de Planck. Si contáramos una longitud de Planck por segundo, tardaríamos 10.000.000 veces la edad actual del universo en alcanzar el diámetro de un átomo.

2. Un acelerador de partículas con potencia suficiente como para investigar la escala de Planck debería tener un peso equivalente al de la Luna, y su circunferencia sería igual a la órbita de Marte.

3. Las ondas sonoras generadas por un agujero negro en el doble cúmulo de Perseo está en si bemol, 57 octavas por debajo de las teclas de un piano. Según el libro de Joel Levy 100 analogías científicas:

Se trata de un sonido mil billones más profundo de lo que puede percibir el oído humano. Se trata de una nota que lleva 2.500 millones de años sonando.

4. Unos 10 segundos despues del Big Bang, la temperatura del universo era de unos mil millones de kelvin.

5. El universo “está hecho a medida” para nosotros. Si el conjunto de constantes fundamentales que rige las propiedades de la materia y de la energía fuera diferente, la vida no podría haber aparecido. Por ejemplo, si la interacción nuclear débil fuerse un poco más fuerte, el universo sería una gigantesca sopa de hidrógeno puro. Dado ue la interacción nuclear débil tiene exactamente la fuerza que tiene, el universo contiene un amplio abanico de elementos.