¿Puedes hacer explotar un globo con un espagueti?

¿Has intentado alguna vez hacer explotar un globo con un espagueti delgadito? Pero no de cualquier manera, inténtalo sin sujetar el globo. Pon el globo encima de una mesa y, repito, sin sujetarlo, acércale un espagueti y toca el globo con él, presiónalo y observa qué es lo que sucede. El globo se aleja del espaqueti como si le tuviese miedo, pero de explotar nada de nada. Va a ser que no.

Bien, ahora inténtalo de otra manera. Agarra con fuerza el globo con una mano y no lo dejes que se mueva. Acércale el espagueti y presiona de nuevo el globo con la punta del fideo. ¿Qué sucede? ¡Sorpresa! El espagueti se rompe y el globo sigue sin explotar. ¿Qué es lo que falla?

No sé a vosotros pero a mí cuando me enseñaban física en el colegio y en la universidad, nunca me planteaban dilemas como el expuesto en los dos párrafos de más arriba. Más bien, me lo daban todo masticado, nos enunciaban el problema y a continuación nos daban la solución masticada, sin esfuerzo. Nunca nos dejaban enfrentarnos al reto que supone encontrarse con un problema cuya solución desconocemos para que nosotros mismos intentemos hallarla, sorteando los inconvenientes y las dificultades. Es decir, la enseñanza y el aprendizaje se centraban (y aún es así, mayoritariamente) en la memorización y reproducción, más o menos fiel, de lo que el profesor o el libro te decían, jamás en la adquisición de habilidades, de actitudes, de competencias, saber desenvolverse y enfrentarse a las dificultades, a la falta de información explícita.

Últimamente estoy intentando llevar a cabo una remodelación radical de mi forma de impartir clases en la facultad. Intento en lo posible saltarme los formalismos hasta que son necesarios. Primero les propongo a mis estudiantes una situación real o ficticia y luego les pido que averigüen algo a partir de información que ellos mismos pueden recopilar, deducir o incluso estimar con razonamientos simples. Suele costarles y tienen la sensación de que aprenden poco. Pienso que se equivocan y espero que a la larga, la técnica proporcione resultados.

La situación planteada al principio del post es muy válida para ilustrar lo que quiero decir. ¿Cuál es la solución al enigma? ¿Por qué en ninguno de los dos casos el globo explota? ¿Qué causas aducen los estudiantes a la hora de emitir una respuesta? ¿Y vosotros, queridos lectores, qué diríais?

Aunque no puedo estar cien por cien seguro de cuáles serían vuestras respuestas, sí me atrevo, en cambio, a proponer que serían parecidas a esta: en el primer caso, el globo no explota porque, al pesar muy poco y moverse por no sujetarlo, el espagueti no puede ejercer sobre él una presión o fuerza suficiente para romperlo; en el segundo caso, sí podemos ejercer esa presión elevada pero el espagueti es más frágil aún que el globo y por eso aquel se rompe antes. ¿Tengo razón? ¿Van por ahí los tiros?

Bien, no andáis desencaminados. No obstante, pongamos a prueba vuestras hipótesis y razonamientos. Al fin y al cabo, el vilipendiado "método científico" funciona así a veces. Si nuestra explicación es válida debería suceder que, empleando un "arma" distinta de un espagueti pero no tan frágil, el globo explotase. Probemos con una aguja de tejer, o con una varilla de madera de las que se suelen utilizar para preparar brochetas. ¡Voilà! El globo estalla con un sonoro estruendo. Parece obvio que tanto la aguja como la varilla poseen una resistencia a la fractura muy superior a la del espagueti y por eso no se rompen, logrando hacer lo propio con el globo. Problema resuelto, ¿verdad?

Pues no, lo cierto es que la solución planteada en el párrafo anterior es incompleta. ¿Y por qué? Elemental, mi querido Watson. Porque existe una forma de hacer explosionar el globo con el espagueti. No es cuestión de que el globo tenga menos resistencia a la rotura que la aguja o varilla o que tenga más resistencia que el espagueti. Me explico, resulta que la segunda ley de Newton, que casi todos recordaréis repitiendo aquella cantinela de "la fuerza es la masa por la aceleración", se puede expresar y entender de otra forma, a veces llamada ley del impulso mecánico - momento lineal. ¿Y qué dice esta ley? En términos sencillos, afirma que modificaremos la velocidad de un objeto en una cantidad fija haciendo, equivalentemente, una de estas dos cosas: aplicando a dicho objeto una fuerza muy grande durante un tiempo pequeño o aplicando una fuerza pequeña durante un tiempo muy grande. Ejemplos prácticos de esto son: el airbag de un vehículo (la fuerza del impacto recibido durante una colisión se reduce al hacer que el tiempo que dura el impacto se prolongue mediante el uso de una bolsa de aire; si la bolsa fuese rígida, el tiempo de impacto se acortaría mucho y la fuerza ejercida se incrementaría, produciéndose daños y lesiones serias; no habría diferencia entre usar airbag o no hacerlo); el puenting (la fuerza que la cuerda ejerce sobre los pies se reduce enormemente debido a que es deformable, se estira durante la caída, haciendo que el tiempo se prolongue; si la cuerda fuese rígida, el tiempo de deformación sería muy pequeño y, por tanto, la fuerza ejercida sobre el tobillo aumentaría enormemente, pudiendo ocasionar lesiones muy serias o incluso la amputación); los colchones utilizados por los bomberos para rescatar a personas en edificios altos; y los guantes de los boxeadores (protegen tanto la cara del contrario como la mano del boxeador, haciendo que la fuerza experimentada sea menor; son como airbags para las manos que evitan fracturas que de otra manera serían muy comunes).

Volvamos a nuestro espagueti y nuestro globo. La forma de hacer explotar este consiste, pues, en aplicarle una fuerza suficientemente grande durante un tiempo tan corto que no sea preciso siquiera sujetar el globo con una mano. Además, esa fuerza tan particular no debe superar el límite de rotura del espagueti. ¿Qué podemos idear para alcanzar el objetivo propuesto? Nada menos que un artilugio inventado hace siglos: una cerbatana. En efecto, coged un tubo suficientemente largo y estrecho para que podáis introducir el espagueti dentro. Apuntad hacia el globo y soplad fuerte. ¿Qué sucede? ¿Explota el globo? Oooooohh, no. No ha explotado. A ver si va a ser mentira todo lo que os he contado y no es más que un sucio ardid para que leáis algo de física elemental. No, lo cierto es que no, no soy tan vil (aunque podría fácilmente, si me lo propusiese). Veréis, lo que pasa cuando introducís el espagueti delgadito en la cerbatana es que la física de fluidos os juega una mala pasada. El espagueti es demasiado fino y casi todo el aire que expulsáis por la boca sale por el extremo opuesto de la cerbatana, sin afectar prácticamente al fideo. Podéis solucionar esto fácilmente: humedeced un poco la parte central del espagueti y rodeadlo con un trocito de algodón, un trapo o similar (cuidad que no sea demasiado grueso, lo ideal es que haga que ahora el espagueti toque en las paredes interiores de la cerbatana). Si ahora sopláis, volveréis a escuchar el estruendo de la explosión del globo al haberle sacudido un espaguetazo... ¡Física rules!

Fuente original:

Gorazd Planinsic and Eugenia Etkina, Popping a balloon with spaghetti The Physics Teacher, Vol. 53, 309 (2015)