—Creo que va a llover, porque me duelen las rodillas.
Cada vez que mi abuela decía que le dolían las rodillas, llovía sin excepción. Cuando se prolongan los días nublados, algunos dicen que se sienten deprimidos o que les duele el cuerpo. No es solo su imaginación. En ocasiones, cuando el cielo se torna nublado o gris, si alguien dice: “Me siento un poco mal”, en realidad su cuerpo está respondiendo a los cambios climáticos.
Cuando se reduce la presión atmosférica, que pesa sobre nuestro cuerpo, la presión dentro de la articulación de la rodilla se vuelve relativamente alta, lo cual causa dolor en las rodillas. Por otra parte, cuando la presión atmosférica es baja, el cielo se torna nublado y se oscurece. Como resultado, comparativamente las personas reciben menos luz solar. Entonces la serotonina, una sustancia química producida por el cerebro que genera felicidad y calma, disminuye; y la melatonina, una hormona asociada con la aparición del sueño, se incrementa. Esa es la razón por la que uno se siente deprimido sin razón alguna. Tal respuesta física a la influencia de factores meteorológicos se llama meteorotropismo. Esto sucede por el efecto de la presión atmosférica. Entonces, ¿por qué la presión atmosférica define nuestro estado de ánimo y las condiciones de nuestro cuerpo?
En términos sencillos, la presión atmosférica es la presión ejercida por el peso del aire de la atmósfera terrestre, que se forma por la gravedad. Por intuición no sentimos el peso. Para visualizar el peso del aire, el físico italiano Evangelista Torricelli utilizó mercurio, que es 13,6 veces más denso que el agua. Llenó con mercurio un tubo de un metro de largo, sellado en la parte superior, y lo colocó verticalmente en un recipiente de mercurio, asegurándose de que no entrara aire. Había dos fuerzas trabajando: el peso del mercurio descendiendo y la presión atmosférica que empujaba al mercurio hacia adentro del recipiente haciéndolo subir por el tubo. Como resultado, la columna de mercurio descendió a unos 76 ㎝, dejando vacía la parte superior del tubo. El hecho de que no hubiera más cambios en la altura de la columna de mercurio en el tubo, indica que las dos fuerzas estaban equilibradas. En conclusión, la presión atmosférica en el exterior era lo suficientemente fuerte como para empujar al mercurio hasta 76 ㎝ dentro del tubo. Cuando la presión atmosférica aumenta, la columna se vuelve más alta, y cuando la presión atmosférica disminuye, la columna se hace pequeña. Esta fluctuación en la altura de la columna permite medir la presión atmosférica. Este es el barómetro de mercurio. Cuando se usa el agua, que es más ligera que el mercurio, se forma una columna de unos 10,3 metros.
Quizá pueda considerar esto como un fenómeno físico irrelevante en su vida diaria. Sin embargo, como se mencionó al principio, la presión atmosférica afecta no solo a nuestro cuerpo, sino también a muchas cosas en nuestra vida. No podría beber algo con una pajilla si no existiera la presión atmosférica. Cuando succiona líquidos por una pajilla, la presión que hay dentro disminuye. Entonces, la presión externa de la pajilla se vuelve relativamente alta y empuja al líquido dentro de la pajilla. Entonces, ¿puede el líquido ser succionado en la medida que la pajilla lo permita? Solo es posible hasta unos 10 metros sin importar cuán fuerte sea, porque el líquido es empujado por el aire. En el mismo principio, la bomba de vacío no puede extraer agua más de 10,3 metros. Si desea más, necesita usar un compresor.
El lugar habitual donde podemos sentir la presión atmosférica es dentro de un avión. Después de que el avión despega, gana altura. Entonces podría experimentar “oídos de avión”, y sentir su oído ensordecido o herido. Esto sucede debido a la presión del cuerpo que permanece igual, mientras que la presión atmosférica del exterior disminuye. Estas distintas presiones empujan al tímpano del oído hacia dentro y fuera, lo cual produce el dolor. Si traga saliva o bosteza en ese momento, se activa el músculo que abre la trompa de Eustaquio que conecta el oído medio con la nasofaringe. Una vez abierta, una gotita de aire puede pasar de la nariz y garganta al oído medio, aliviando así la presión, con un pequeño estallido.
Una atmósfera (abreviada atm) corresponde a la presión aplicada por un objeto cuyo peso es de 1 ㎏ en un área de 1 ㎠. Si suponemos que el área de su palma es de aproximadamente 50 ㎠, el peso del aire que está sosteniendo con su palma suma 50 ㎏. Es como si cargáramos una columna de agua de 10 m en nuestros hombros todos los días. ¿Pero por qué no lo sentimos? No sentimos el peso del aire porque existe una fuerza hacia el exterior en nuestro cuerpo según la presión que ejerce la atmósfera.
No obstante, si la presión atmosférica se incrementa a más de 1 atm, sentiríamos la presión. Si entra en el agua, puede sentir la presión del agua. Por cada 10 m que desciende, la presión del agua aumenta en 1 atm. Las criaturas marinas de aguas profundas que viven a 10 ㎞ de profundidad, soportan 1000 atm. Si un hombre desciende a lo profundo del mar sin ningún equipo de protección, sufrirá una fuerte presión. Sin embargo, las criaturas de las profundidades marinas pueden nadar por el mar libremente a pesar de la enorme presión. La razón es que llenan los espacios en su cuerpo con agua o aceite en lugar de aire. De esa manera, pueden construir suficiente presión interna para alcanzar un equilibrio con la presión externa. Es por la misma razón que una bola de hierro vacía se destruye en lo profundo del mar, mientras que una de aluminio llena de líquido, no lo hace.
Con un equipo, un hombre puede sumergirse 30 m de profundidad. El buceo es un ejemplo. No obstante, si se sumerge más profundamente, los síntomas más frecuentes comienzan a manifestarse. Cerca de los 30 m de profundidad marina, los buceadores comienzan a experimentar narcosis por nitrógeno, una condición en la cual no pueden razonar adecuadamente, no responden ante una emergencia, y su memoria se vuelve difusa. A medida que un buceador desciende en lo profundo del mar, la presión aumenta, y como resultado, más aire se disuelve y entra en su sangre. Entre los componentes del aire, el nitrógeno causa un efecto anestésico. Si el hombre nada a menos de 30 m de profundidad, los síntomas pronto desaparecen.
Sin embargo, si sale del agua muy deprisa, puede ser más peligroso debido al síndrome de descompresión, también conocido como enfermedad de los buzos. Si sale rápidamente a la superficie, la presión del aire desciende y los gases disueltos salen de la solución formando burbujas dentro del cuerpo. Dichas burbujas hacen estallar los capilares sanguíneos, y si dañan los vasos sanguíneos principales como los del cerebro, pueden causar hasta la muerte.
Contrariamente a lo profundo del mar, en altitudes elevadas la presión atmosférica es baja y el oxígeno es escaso. Cuando un hombre escala, el oxígeno en su cuerpo se atenúa abruptamente, lo que causa fatiga, dolor de cabeza, enfermedades estomacales, mareos, y en casos graves, dificultades para respirar y la muerte. Esto se denomina mal de altura.
¿Y cómo es en el espacio, arriba de todo? El espacio es vacío: 0 atm. Allí solo existe la fuerza dentro del cuerpo que empuja hacia fuera, lo cual es peligroso para el cuerpo. Aunque esto no significa que el cuerpo explote inmediatamente. En 1965, un hombre estaba en una cámara de vacío para una prueba del traje espacial de la NASA. Accidentalmente, la manguera de presurización se desconectó del traje espacial y este se despresurizó hasta acercarse al vacío. La persona perdió la conciencia cerca de 15 segundos, pero se recuperó poco después de que comenzara la represurización de la cámara. Después dijo que su último recuerdo antes de desmayarse fue la saliva en su lengua comenzando a hervir. Gracias a la piel que cubría su cuerpo, pudo sobrevivir a la exposición de las condiciones de vacío por un corto tiempo, pero definitivamente debe de haber sido un momento aterrador.
Cuando el cuerpo humano se expone al vacío, lo primero que notará será la falta de oxígeno, y después perderá la conciencia. El tejido y la piel debajo comenzarán a hincharse debido a que el agua dentro de su cuerpo comienza a vaporizarse por la ausencia de presión atmosférica y por la caída del punto de ebullición. Y finalmente, el cuerpo comenzará a congelarse. Por estas razones, los astronautas usan la Unidad de Movilidad Extravehicular (EMU, por sus siglas en inglés) cuando necesitan realizar actividades extravehiculares, aunque parezca incómodo y extraño. La presión interna del EMU es de aproximadamente 0,3 atm, que es inferior a la presión atmosférica normal (1 atm). Así que tienen que adaptarse al nuevo entorno reduciendo la presión atmosférica dentro de la nave espacial antes de realizar una caminata espacial.
Marte, el planeta más cercano a la Tierra, se compone mayormente de dióxido de carbono, y su presión atmosférica es de aproximadamente 0,01 atm. Por otro lado, la presión atmosférica de Venus es de 90 atm, y el planeta está compuesto principalmente de dióxido de carbono mucho más denso y caliente que el que existe en la Tierra. Es como si más de 900 toneladas estuvieran presionando sobre 1 ㎡. La presión atmosférica de la Tierra es de 1 atm y su atmósfera está formada por gases imprescindibles para nuestra vida. A pesar del peso del aire, vivimos sin tener ningún inconveniente. ¿Qué nos dicen los seres vivos creados para soportar la cantidad y el peso perfecto de la atmósfera?
“[…] Al dar peso al viento, […]” Job 28:23-25
- Referencias
- Asociación de Profesores de Ciencias, 101 preguntas en las que hasta los profesores de ciencias tienen curiosidad (en coreano: 과학선생님도 궁금한 101가지 과학질문사전), Book Mentor, 2010
- Kim Tae-il, Libro de texto de ciencia viva (en coreano: 살아있는 과학 교과서), Humanist, 2011