Cada 31 de decembro celebramos a tradición das doce uvas e a ciencia do predicible grazas a un nexo singular: o reloxo da Porta do Sol. Ademais, o mito refórzase co vestido de Cristina Pedroche, a capa de Ramontxu ou se David Broncano será ou non quen estea diante do reloxo no momento xusto no que toda España dirixe cara a el as súas miradas.
Pero e se, por unha vez, unha física ocupase a pantalla? Unha física, clásica, iso si, tan clásica como a retransmisión dos doce segundos máis populares do ano. A física, antes de felicitar o novo ano, comezaría falando de… péndulos!
De reloxos e átomos
O reloxo da Porta do Sol, como calquera reloxo mecánico tradicional, permite medir períodos de tempo cunha precisión exquisita. O corazón do sofisticado mecanismo é, a grandes liñas, un simple péndulo. E xa sabemos que a complexidade dun péndulo é só un pouco superior á dun chupete.
Un péndulo non é máis que un obxecto pesado que colga dunha corda ou cadea e oscila dun lado a outro describindo un movemento harmónico simple. A regularidade deste fenómeno é a que se traduce na precisión do reloxo para medir o tempo que dividimos en horas, minutos e segundos. Sobre esa humilde física oscilatoria aséntanse os fundamentos de sistemas clásicos como un vulgar reloxo, pero tamén os de moitos sistemas cuánticos, como un átomo atrapado nun pozo de enerxía.
Engrenaxes para mover un corazón
Seguindo co símil anatómico, igual que o corazón precisa da colaboración doutros órganos, o péndulo do reloxo válese dun sistema de engrenaxes, poleas e pesas. Xuntos forman o organismo do invento.
As engrenaxes móvense á vez que as pesas, que descenden moi pausadamente durante o día. E o virar das engrenaxes fai que as agullas se movan solidariamente marcando o devir do tempo. Pero, loxicamente, as pesas non se elevan espontaneamente ata a súa posición máis alta cada día.
As pesas do reloxo da Porta do Sol son de entre 150 e 200 quilos. Para colocalas na súa posición máis alta hai que darlles enerxía potencial gravitatoria, e para iso debe intervir un axente externo. Ben pode ser un voluntarioso reloxeiro que almorzase ben e transfira ás pesas a enerxía química que saque da súa alimentación.
Nunha versión antiga deste tipo de reloxos este labor facíase virando unha manivela cun eixo unido a un carrete en torno ao cal se enrolaba unha corda sostendo a pesa. Iso implica que, para funcionar, a enerxía química dos músculos do reloxeiro debíase transformar na enerxía cinética asociada co movemento da manivela.
A enerxía do movemento transfórmase, á súa vez, na enerxía potencial que gaña a pesa ao ser izada. Loxicamente, nun mecanismo moderno é de supoñer que será un motor eléctrico o que (á maneira dun levantador de pedra vasco) se faga cargo do ingrato labor de levantar as pesas.
A conservación da enerxía
Ao longo de todo o proceso maniféstase o fermoso principio de conservación da enerxía. E aquí podemos comparar a física do noso reloxo co mito de Sísifo. Nese relato de resonancias filosóficas era unha pedra a que gañaba enerxía potencial ao ser transportada polo condenado ata o alto da cima. Pero o paralelismo é poeticamente ilustrativo: colocar en altura un corpo pesado custa suores.
Mención á parte merecen as poleas, non moi distintas das dos sistemas de rega que se usaban na antiga Mesopotamia. Estes mecanismos, que tamén intrigaron a Arquímedes, reducen notablemente o esforzo de elevar as poleas. Con todo, págase un prezo asumible: aumentar a distancia que debe viaxar a corda que levanta a pesa.
Ademais, a polea mellora a ergonomía. Por poñer un símil, levantar do chan un saco de area a pulso custa moito porque hai que tirar cara a arriba. En cambio, unha polea permite facelo tirando cara a abaixo, o que nos aforra involucrar as lumbares.
A perda de enerxía
Hai máis ámbitos da física en xogo para que o reloxo poida dar as doce badaladas. Desde o punto de vista termodinámico, podemos engadir tamén que cada ciclo de subida e baixada é irreversible. Hai unha parte da enerxía que se perde de forma moi entrópica, como parte do proceso. Por exemplo, disípase en forma da calor dos músculos de quen se ocupe de accionar a manivela. Tamén se perde coa subida de temperatura que ocorre en todos os puntos de fricción do mecanismo.
O estiramento lento e irreparable das cordas das poleas contribúe á irreversibilidade, dado que non son perfectamente elásticas. E, por suposto, a case imperceptible resistencia do aire afecta o sistema.
Aínda que elevar a pesa quenta o mecanismo, dar candea aos elementos do reloxo non fará que a pesa suba espontaneamente. O fenómeno físico só ocorre nunha dirección. E isto é crucial para establecer a frecha do tempo.
As doce badaladas
Finalmente, por se o anterior soubo a pouco, o marabilloso enxeño do popular reloxo consegue que un martelo golpee a campá cada hora o número xusto de veces. A noite de fin de ano farao doce veces. Esta maxia final desprega unha fascinante manifestación da rama da física chamada acústica grazas ás súas catro campás de bronce. A súa forma característica, que faría feliz o físico alemán Carl Friedrich Gauss, permite un son exuberante.
O ton principal e os sobretons xorden das vibracións das moléculas do metal ás que o golpe do martelo obriga a axitarse seguindo a primeira lei de Newton. Pero para poder distinguir horas e cuartos (e que non nos atragoemos) o golpe é máis ou menos forte, dando lugar a sons máis agudos ou menos. A posición da torre e o seu deseño, ademais, amplifican o son facendo de caixa de resonancia.
Quizá estes apuntamentos ns distraian de gozar deste reloxo de antes, como de ano en ano, que cantaba o grupo Mecano. Ou quizá (iso espero) nos motive a seguir aprendendo de ciencia brindando xuntos.
Cláusula de divulgación: A profesora Ruth Lazkoz recibe fondos do Ministerio de Ciencia, Innovación e Universidades e do Goberno vasco.
Aínda que como físico a lectura me fixera sorrir, ou pode que por iso, grazas! O ano aínda non comezou e columnas así poden dar moito de si.