4FQ-Físi·K y Quími·K: ¡Tremendo salto!

Millones de personas en todo el mundo vivieron ayer domingo (14 de octubre de 2012), con intensa emoción, la ascensión en globo y el posterior salto al vacío del austriaco Felix Baumgartner desde una altitud de 39.068 metros. Un despliegue técnico sin precedentes permitió la retransmisión en directo a través de TV e Internet de la misión Red Bull Stratos, que a pesar de ser atmosférica se vivió por momentos como una misión espacial.

De los cuatro récords mundiales que Baumgartner pretendía batir, hubo uno que se le resistió –por tan solo unos pocos segundos–, el de la caída libre de mayor duración de un ser humano en la atmósfera. Sin embargo, consiguió, entre otras meritorias plusmarcas, una auténtica proeza, la de ser la primera persona capaz de superar la velocidad del sonido de forma autónoma (sin la ayuda de un medio mecánico), algo que hizo con bastante holgura, pues alcanzó una velocidad punta de 1.348 km/h; un auténtico hombre-bala.

El seguimiento de la misión a través de su página web oficial, creada para la ocasión por la firma comercial que financió el proyecto, no sólo permitió ver las imágenes que las distintas cámaras iban ofreciendo, sino también consultar la evolución de algunas variables meteorológicas, como la presión o la temperatura, durante el largo ascenso que llevó a Felix Baumgartner hasta los dominios de la estratosfera.

No todos los días se tiene la oportunidad de acceder en tiempo real a los datos de un sondeo de la atmósfera. El seguimiento meteorológico durante el ascenso del globo no arrojó grandes sorpresas, si bien algunos hechos causaron extrañeza entre la gente. Cuando Felix alcanzó la cota más alta de su ascensión y abrió la escotilla de la cabina para tirarse, la temperatura exterior era de apenas un par de grados bajo cero; un valor muy superior a los casi -68 ºC que llegó a haber en un momento de la ascensión.

Si bien en la primera parte del ascenso la temperatura fue disminuyendo contantemente –salvo cuando el globo atravesó alguna pequeña inversión térmica–, llegó un momento en el que la temperatura dejó de bajar, manteniéndose constante durante un tramo del recorrido. Esa singularidad marca justamente la zona de transición entre la troposfera –la capa más inferior de la atmósfera– y la estratosfera, que recibe el nombre de tropopausa. De ahí para arriba se invierte la tendencia y la temperatura comienza a subir. Esto es así debido a la presencia cada vez mayor en esas cotas estratosféricas de moléculas de ozono, un gas que absorbe de manera muy eficaz la radiación solar ultravioleta.

La presión atmosférica, como era previsible, fue disminuyendo con la altitud, inicialmente de forma muy rápida, para posteriormente irse ralentizando ese descenso. El enrarecimiento del aire a los 39 kilómetros de altitud que alcanzó el globo es extraordinario. Antes de que Baumgartner abriera la escotilla se procedió a la despresurización de la cabina con el fin de igualar las presiones en el interior y el exterior. En esos momentos, vimos inflarse el traje presurizado de Felix por efecto de la diferencia de presión.

La estratosfera encierra algunas claves sobre el comportamiento del tiempo atmosférico que aún no han sido desveladas. Los calentamientos repentinos y los bruscos enfriamientos que tienen lugar a veces en ella, la aparición de fenómenos luminosos transitorios muy por encima de las tormentas, o el papel que desempeñan los vientos en determinados niveles estratosféricos, son solo algunos de los asuntos que se están investigando en la actualidad, pero para los que esta misión poco o nada va a aportar.

La física de un gran salto

Acabamos de ser testigos del éxito final en la aventura de Félix Baumgartner, el hombre que pretendía romper la barrera del sonido a pecho descubierto (o casi).

Con esta experiencia podemos hacer algunos números y estudiar el salto. Sobre todo, nos interesa responder a la pregunta del millón: ¿se ha batido finalmente la barrera del sonido? Según los datos que de la la velocidad máxima es de unos 1.173 km/h, que no llegan a los 1.230 km/h considerados como velocidad del sonido en la superficie terrestre.

Pero, por supuesto, el punto donde Félix Baumgartner alcanzó la velocidad máxima no estaba precisamente en la superficie terrestre. Un factor importante es que la velocidad del sonido depende de la temperatura, que a su vez varía con la altura. A 39 km de altura, la temperatura es de unos 15-20ºC bajo cero, lo que corresponde a una velocidad de unos 1.130-1.150 km/h; a una altura inferior, digamos a 30 km, la temperatura desciende hasta los -40ºC aproximadamente, y la velocidad del sonido disminuye hasta los 1.090 km/h.

Necesitamos, entonces, saber en qué punto se alcanzó la velocidad máxima, y si dicha velocidad es superior o no a la del sonido en esa región. Calcular analíticamente la velocidad de caída es una tarea difícil, pero resulta fácil si se dispone de una hoja de cálculo para efectuar los cálculos numéricos. La velocidad límite para una caída en régimen turbulento era del tipo:

V = raíz cuadrada de [(mg)/(rho*A*C)]

donde rho es la densidad del fluido (que también depende de la altura), A es la sección del objeto (es decir, la superficie de un corte hecho al objeto en dirección perpendicular al movimiento), y C es un coeficiente que depende de la forma del objeto. (suponiendo que A=1m^2 y C=0,1). Los datos proporcionados provisionalmente por Teledeporte (a saber: 1.173 km/h de velocidad máxima alcanzada a los 46 segundos de caída) son consistentes con un rozamiento de C=0,2. Eso significa que la fuerza de rozamiento será mayor que lo supuesto, y que incluso una mayor altura (39.000 metros en lugar de los 36.000 originales) no será garantía de éxito.

La velocidad máxima de 1.170 km/h fue alcanzada a los 46 segundos, a una altura en torno a los 29.500 metros. A esa altura, la temperatura ronda los 30-40 grados centígrados bajo cero, y eso se corresponde con una velocidad del sonido de aproximadamente 1.090-1.115 km/h. Según eso, y a la espera de datos más precisos, parece que el señor Félix Baumgartner se ha convertido en la primera persona que ha atravesado la barrera del sonido sin ayuda mecánica.

Si el salto se hubiese efectuado a 36.000-36.500 metros de altura, como estaba previsto en un principio, la velocidad máxima no hubiera superado a la del sonido, ya que se habría quedado en unos 1.050-1.070 km/h. Ha hecho muy bien en elevarse hasta los 39 kilómetros, porque así no quedarán dudas al respecto.

(Fuente)