EDICIÓN ESPECIAL NAVIDAD: Funcionamiento de los fuegos artificiales, el motor del trineo de Papá Noel y por qué nos da la sensación de que la Navidad llega antes cada año en el 201º consultorio de Maldita Ciencia

Dado que la semana que viene tienen el honor de cerrar el año nuestro compis de Maldito Clima, ¡benvenuti todas y todos a nuestro consultorio navideño de 2022! Como cada año, resacamos del armario los jerseys de luces, ganchillo, renos y papá ‘noeles’ (literalmente, tenéis la prueba abajo) para cerrar los últimos 365 días con vuestras dudas más festivas.

Y como sabemos que en estas fiestas seguro (pero seguro, seguro) que coincides con familiares, amigos o compañeros que te planteen nuevas dudas científicas (o quizá a quienes les hayan intentado colar algún mito o bulo relacionado con esta temática) aquí estamos nosotros para ayudarte. Puedes enviárnoslas por Twitter, Facebook, correo electrónico ([email protected]) o a través de nuestro chatbot de WhatsApp (¡guárdate el número! +34 644 22 93 19).

¿Cómo funcionan los fuegos artificiales?

Navidad, Año Nuevo, Fallas, ferias y festejos locales… Cualquier celebración a lo largo del año parece buena para encender unas mechas y volar al aire unos bonitos fuegos artificiales que ofrezcan unos segundos de destellos y un sonoro “¡oooh, qué bonito!”. Siempre, por supuesto, con seguridad, adquiriendo pirotecnia silenciosa, para asustar lo menos posible a los animales y lanzándolos en un entorno controlado y aislado.

Pero estos cohetes y petardos esconden muchísima ciencia multidisciplinar que permite usar la pólvora, un elemento tradicionalmente empleado en armas de fuego y explosiones, para que los humanos nos divirtamos unos segundos. ¿Cómo se consigue esto? Para empezar, con mucho cuidado. A continuación, la explicación.

El inicio de la receta de cualquier petardo artificiero es precisamente la pólvora. La pólvora negra, para ser exactos, es una sustancia química que realiza una deflagración, el nombre técnico a una combustión súbita ejecutada a una velocidad inferior a la del sonido. Este elemento es lo que lo distingue de una explosión, que es a más velocidad de la del sonido, 343 metros por segundo.

Paul E. Smith, profesor de Química de la Universidad Estatal de Kansas (EE.UU.) y presidente del Gremio Internacional de la Pirotecnia, explica en The Conversation que la receta de la pólvora negra prácticamente no ha variado desde su invención durante la dinastía Tang de China, en el siglo IX de la era común: “Una mezcla del 75% de nitrato de potasio, 15% de carbón vegetal y 10% de azufre”. Todo ello, encapsulado, es un elemento básico de pirotecnia, un petardo desangelado.

“Una vez encendida esta mezcla con una mecha o una chispa, lo primero que se funde es el azufre, a 112,8 ºC. Este azufre circula sobre el nitrato potásico y el carbón, que a continuación arden”, detalla Smith. Esta reacción produce una gran cantidad de energía, gas y sonido.

Si la cápsula que contiene esta mezcla tiene un orificio por el que esta pueda escapar, la cápsula saldrá por los aires, al liberar la energía por esa vía. Este mecanismo ayuda a generar dos etapas de liberación de energía: una primera para elevar el cohete y otra después para hacer estallar su contenido. Como explica este artículo de divulgación de la Sociedad Americana de Química (ACS, siglas en inglés), una mecha rápida provoca que la explosión que lo eleva se produzca antes; mientras que una mecha temporizada —que arde más lento— es la que consigue que explote después de un tiempo, cuando el cohete está a cierta altura.

Si está en un espacio lo suficientemente confinado, la combustión hará estallar sus componentes en todas direcciones. Al mismo tiempo, el tamaño de los gránulos de pólvora negra permiten cambiar la velocidad a la que se quema toda la mezcla. “Estos elementos hacen fácil controlar la cantidad de energía que se liberará en los fuegos artificiales”, recuerda Smith.

Pero todo esto es para crear, como decimos, el petardo más básico. ¿Cómo lo hacemos más bonito, con colorines y sonidos? Contando con la física de la incandescencia, que permite la emisión de luz a partir de una cierta temperatura.

Como explica el artículo de la ACS, cuando a un elemento o sustancia se le administra la suficiente energía (en este caso, calor), comenzará a irradiar luz. Esto se debe a que los electrones de cada elemento absorben esta energía y pasan a un estado energético muy alto, pero inestable. Para volver a estabilizarse, requieren liberar una cantidad de energía, que lo logran emitiendo radiación electromagnética que los humanos vemos como luz de un color determinado.

Diferentes elementos y compuestos emitirán luz en diferentes longitudes de onda. Con estos datos, es posible crear combinaciones de color para los fuegos artificiales. En este artículo de la Universitat de València se explican algunos compuestos que generan tonos concretos de color:

¿Y qué hay del sonido? Los técnicos de pirotecnia se ayudan, en este caso, en los orificios por los que escapa el gas y la energía provocada por la deflagración de la pólvora. Smith detalla que, si se busca provocar una especie de silbido, el gas deberá escapar por un pequeño agujero. Dependiendo de su tamaño, variará el tono del silbido. Si lo que se busca es conseguir un ‘boom’ sonoro, es “mucho más fácil” como sigue Smith: “Simplemente habría que poner la fórmula en un espacio confinado, sin que el gas pueda escapar. Cuando se encienda, la presión aumentará en su interior y producirá una explosión repentina”.

El motor del trineo de Papá Noel, ¿serían renos o ‘renas’?

Si eres más de Papá Noel que de Reyes Magos, sabrás que los renos utilizados como motores de su trineo tienen cuernos (o, al menos, así se representan). Nuestro espíritu de la Navidad pasada (es decir, nosotros, pero en años anteriores) ya explicamos la causa de que la nariz roja de Rudolf se nos ‘pinte’ precisamente así, roja. El motivo es la microcirculación nasal, es decir, los vasos sanguíneos y la sangre que recorren su nariz. Hoy tenemos otro tema que aclarar sobre el transporte de Santa Claus: que no son renos machos quienes tiran de él y repartentus regalos. Son renos hembras o ‘renas’. La clave está, como adelantábamos, en el detalle de los cuernos.

Resulta que a los renos machos adultos se les caen los cuernos poco después del celo, en otoño, mientras que las hembras las conservan durante todo el invierno (estación en la que se enmarca la famosa noche del 24 al 25 de diciembre). Además, a nieve más profunda en invierno, mayor la proporción de hembras con cuernos. Otro dato: el reno es la única especie de la familia de los ciervos (cérvidos) cuyas hembras desarrollan cornamenta de forma rutinaria.

Los cuernos crecen durante el verano y el otoño en las hembras, en el periodo de lactancia. Si tienen descendencia, les crece menos, por lo que la reproducción tiene un coste en el desarrollo de los cuernos. De hecho, las hembras no embarazadas desarrollan los cuernos unas semanas antes que las embarazadas.

Así que, ya sabes: si ves a los renos de Santa Claus en diciembre con cuernos, significa que esto son, en realidad, son hembras. Si no tienes, entonces sí, son machos.

¿Por qué tenemos la sensación de que la Navidad cada vez llega antes?

Alumbrado decorativo colocado desde septiembre, lotería de Navidad comprada en verano, ofertas de regalos cada vez más tempranas… ¿Es una percepción o es que las fiestas navideñas cada vez parece que llegan antes? Otra pregunta que nos hacéis para este consultorio especial que también dispone de parte de evidencia. Sí, la literatura científica da fe de que hay una sensación común de que la época navideña cada vez es más tempranera, a pesar de que las fechas de nuestro calendario permanecen inmutables en el tiempo: Nochebuena, Navidad, Año Nuevo y Reyes ocurren una vez cada 365 días —si, también 366, para los ‘mijitas’ que habéis pensado en los años bisiestos—.

Ruth Ogden, profesora de Psicología Experimental en la Universidad John Moores de Liverpool (Inglaterra), escribió en The Conversation un interesante artículo sobre cómo los humanos percibimos que el tiempo pasa cada vez más deprisa conforme envejecemos, conectando literatura científica con el caso navideño. Cuanto más mayores nos hacemos, menos tiempo ‘sentimos’ que transcurre entre una Navidad y otra, lo que a su vez contribuye a la sensación de que las fiestas llegan antes.

De hecho, la propia Ogden dice haber investigado esta sensación común mediante una encuesta: el 77% de sus participantes —918 adultos británicos— dicen sentir que la Navidad llega antes cada año. Es un trabajo, eso sí, aún no publicado en una revista científica.

La primera hipótesis que sostiene esta creencia es que los humanos más pequeños sienten que el tiempo entre navidades es una eternidad y que, conforme se cumplen años de vida, los adultos perciben que el tiempo pasa más rápido. “Para una persona de siete años, 12 meses es una proporción importante de su vida; pero para una de 45 años, es una proporción más pequeña. Esta diferencia entre proporciones comprime el tiempo subjetivo entre navidades”, apunta la experta.

Una segunda hipótesis que plantea Ogden es que los humanos medimos el tiempo subjetivo de memoria, a través de los recuerdos que hemos generado durante un periodo determinado: “Aquellos momentos en los que generamos menos recuerdos, ya sea por estar realizando tareas nadas estimulantes ni emocionantes, son interpretados por nuestros cerebros como más cortos”. Si lo encajamos en el asunto navideño, conforme envejecemos, realizamos tareas menos novedosas y la memoria puede cometer más errores, lo que contribuye a la sensación de que el tiempo entre navidades ha sido más corto de lo ‘normal’.

La tercera hipótesis que propone la profesora en Psicología Experimental es el esfuerzo que prestamos a esperar a que llegue la Navidad cuando somos jóvenes. Para los más pequeños, estas fiestas son probablemente “el momento más esperado del año”, dice Ogden, lo que se traduce en que prestan más atención a cuánto tiempo falta para que llegue Papá Noel o los Reyes Magos. “Desgraciadamente, esforzarse en mirar el paso del tiempo [como observar los segundos del reloj] genera la sensación subjetiva de que pasa más lento”.

Conforme nos hacemos mayores, esta espera a la Navidad es más rutinaria, se concentra en tareas menos divertidas como preparar cenas, planificar viajes, comprar regalos y envolverlos. Que pueden ser divertidas, por supuesto, pero seguro que menos que esperar a recibir regalos de la noche a la mañana, como por arte de magia.

¡Pero no todo es percepción! Existe un trabajo en ciencias económicas de 2005 que concluyó que, cuanto antes comienza la temporada comercial de Navidad —que puede definirse como el momento en el que las y los comerciantes deciden que hay que poner los villancicos a sonar en la tienda de turno—, más dinero por persona se gasta en compras navideñas: hasta 6,50 dólares más por día adicional.

Ahora bien, la percepción de que la navidad llega antes cada año no es una cosa de nuestro siglo. En este artículo de Slate se recogen multitud de ejemplos de anuncios de hace más de 100 años en los que se solicita a la gente que se anticipe a sus compras navideñas, al tiempo que los ciudadanos de ese tiempo manifestaban su enfado por el agobio de pensar que la navidad parecía haber llegado a mediados de octubre.

¿Cómo influyen en nuestro cerebro los sonidos y melodías navideños?

Cascabeles, melodías con las que estás familiarizado y puede que algún que otro “‘¡Ho, ho, ho!”. Estas son algunas de las características principales de las canciones navideñas o villancicos que puede que lleves canturreando inconscientemente durante las últimas semanas. Quizás a alguno de vosotros estos sonidos os pongan de buen o mal humor, porque también nos habéis preguntado si pueden influir en nuestro cerebro y, en caso afirmativo, cómo lo harían. Lo cierto es que, como cualquier melodía, pero especialmente por el golpe de reminiscencia que ocasionan, sí pueden interferir en nuestro estado de ánimo.

Peter Vuust, profesor asociado en el Centro de Neurociencia Integrativa Funcional de la Universidad de Aarhus, además de profesor en la Royal Academy of Music y músico de jazz, explicaba a la plataforma de noticias científicas de los países nórdicos ScienceNordic algunos de los motivos por los que, año tras años, seguimos escuchando las mismas canciones, por mucho tiempo que tengan.

Aunque no existen unos ingredientes exactos para garantizar que una melodía se convertirá en un éxito navideño, sí que es posible determinar algunas de las razones por las que ciertas canciones navideñas se escuchan a pesar del paso del tiempo y por qué estas pueden llegar a interferir, incluso, en nuestro estado de ánimo.

Una de las primeras causas, según Vuust, es la repetición de las mismas melodías año tras año, ya que, cuantas más veces escuchamos una canción, más nos gusta. ¿O acaso no has aborrecido una canción al oírla por casualidad y primera vez en la radio, pero te has visto tarareándola con gustos semanas o días después?

Estos son precisamente los resultados a los que apunta un estudio de 2017 publicados en la revista Frontiers in Neuroscience: “la familiaridad es el predictor más importante del gusto por la música, independientemente del género, el timbre, la estructura, la complejidad y otros factores”. Los investigadores añaden que escuchar repetidamente “puede aumentar el gusto por casi cualquier pieza musical, siempre y cuando se escuche en circunstancias naturales”.

Esto ocurre, en parte, porque al cerebro ‘le gusta’ llevar razón en sus predicciones. De ahí que, al escuchar las primeras notas de una canción (y si no que pregunten a los concursantes de Pasapalabra), este trabaje duro para intentar reconocerla. De conseguirlo, experimentamos una sensación de recompensa, al confirmarse nuestras sospechas. "Es la forma en que el cerebro se asegura de que hagamos algo bueno para nuestra supervivencia", explicaba a ScienceNordic Vuust. "La música se adapta bien a los mecanismos de predicción y expectativa del cerebro, porque es tan precisa en el tiempo que el cerebro puede formular constantemente expectativas que se convierten en realidad momentos después".

Esto, sin embargo, no ocurre en todo el mundo. Hay quienes se cansan antes de determinadas melodías ya que, según Vuust, el principio de ‘cuanto más la escucho, más me gusta’ se termina cuando nos damos cuenta de que esto está ocurriendo. “Tan pronto como alcanzamos el nivel de conciencia, comenzamos a ser críticos, por lo que el efecto positivo no dura para siempre. Lo inteligente de los éxitos navideños es que los olvidas y luego comienzas de nuevo en la curva ascendente cuando vuelve la temporada festiva”.

Otro de los motivos que explican el porqué de que haya a quienes la música navideña les hace sentir bien es la memoria. Lo que ocurre es que la música vinculada a la memoria activa una zona del cerebro, la corteza prefrontal medial, que tiene una conexión más fuerte con los recuerdos autobiográficos que con los recuerdos históricos.

Según explica a PopScience Amy Belfi, neurocientífica de la Universidad de Ciencias y Tecnología de Missouri, con respecto a la música navideña, en muchas ocasiones la memoria autobiográfica está ligada a nuestras familias e infancias, lo que resulta en lo que los psicólogos y neurocientíficos llaman un golpe de reminiscencia. Si los recuerdos que nos evocan son positivos, también lo será nuestra sensación.

Y por último...

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