Tienes madera de científico… ¡madera transparente!
La Tierra
Hace algunos meses durante un paseo a la playa, mientras iba manejando, mi hijo Leo de siete años me preguntó por qué podemos ver a través de las ventanas, pero no podemos ver a través del techo. Le dije:
–Ésa es una gran pregunta.
Y le respondí que las ventanas están hechas de vidrio, y el vidrio deja pasar la luz, mientras que el techo está hecho de varios materiales opacos como metal, plástico y tela, que no dejan pasar la luz. Transcurrieron aproximadamente unos cinco segundos y enseguida escuché una vocecita que nuevamente me preguntaba:
–¿Y por qué?
Muy contento de ver su curiosidad sobre el mundo que lo rodea, le dije:
–Cuando la luz incide sobre cualquier material, pueden pasar tres cosas: que la luz se absorba, se transmita o se refleje. Un espejo refleja la luz, por eso puedes verte reflejado en un espejo; un metal la absorbe, por eso cuando tocas un coche que estuvo debajo del sol se siente muy caliente, y el vidrio la transmite, por eso podemos ver a través de las ventanas, pero no a través del metal ni del espejo.
Lo miré por el retrovisor y vi en la expresión de su carita que aún no estaba conforme con mi respuesta. Pasaron más o menos otros cinco segundos y de nuevo escuché esa vocecita curiosa:
–¿Y por qué?
Para responder su pregunta tuve que pensar un poco y hacer acopio de algunos conceptos empolvados que no usaba desde hacía ya algún tiempo. La pregunta sin duda planteaba un reto: implicaba explicar conceptos de física ciertamente técnicos, pero de una manera simple y amena que un niño pudiera entender. Hice mi mejor esfuerzo:
–La luz es una forma de transferencia de energía. Puedes imaginarla como una onda –le dije; no me iba a poner a hablarle de fotones–. Esa onda “vibra” (aunque el término correcto es oscila) a diferentes “ritmos” (aunque el término correcto es frecuencias), y dependiendo del “ritmo al que vibra” la luz, es la energía que tiene.
Vamos bien, pensé, aún tengo su atención. Continué:
–Ahora, imagínate un arcoíris. Tiene muchos colores, ¿verdad?
–Sí –me respondió.
–Pues un arcoíris no es más que la luz del sol que se descompone en colores cuando pasa a través del prisma que forman las gotitas de lluvia. Cada color que ves en el arcoíris es luz que “vibra a un ritmo” diferente y cada uno de ellos tiene una energía distinta. El verde tiene más energía que el naranja y que el amarillo, mientras que el azul tiene más energía que el verde; el violeta es, de los que podemos ver, el color de luz que tiene más energía de todos, y el rojo el que tiene menos. Sin embargo, hay luz que no podemos ver. Por eso no vemos la luz ultravioleta, aunque sí podemos sentir sus efectos, como ahora, que vamos a la playa y nos puede arder la piel si estamos mucho rato bajo el sol; por eso es nos pusimos el bloqueador hace rato, ¿ves? Tampoco podemos ver la luz infrarroja, pero las cámaras de seguridad sí que pueden, por eso, aunque esté muy oscuro, las cámaras pueden grabar video.
Sus ojitos bien abiertos me decían que seguía atento e interesado, pero sus cejas alzadas me indicaban que estaba un tanto confundido, así que seguí desarrollando la explicación:
–La luz que sí podemos ver, se llama luz visible y es sólo una muy pequeña parte de toda la luz que existe en el universo (el espectro electromagnético) y se clasifica según el “ritmo al que vibra” (frecuencia de oscilación). El horno que usa mami para calentar tu leche funciona con una especie de luz que se llama microondas; la música que oímos en el coche viaja a través de otro tipo de luz que se llama ondas de radio, pero nuestros ojos tampoco la pueden ver porque “vibra a un ritmo” muy lento en comparación con la luz visible.
Su expresión de asombro y una sonrisa en su cara me decían que le daba gusto aprender cosas nuevas y que estaba disfrutando la explicación.
–Algunos materiales –dije– son transparentes a ciertos tipos de luz, pero opacos a otros tipos.
–No te creo, eso es imposible –me dijo entre risas como tirándome a loco.
Me dio gusto que reaccionara así a algo que le parecía inverosímil, un poco de escepticismo es un ingrediente indispensable en un pensamiento crítico saludable, así que sólo sonreí y le dije:
–Sí, te lo prometo. Te voy a dar un ejemplo. ¿Te acuerdas de tu prima Ligia que se rompió la pierna jugando fut?
–Sí, ¿pero eso qué tiene que ver?
–Sabes cómo supieron que se había fracturado?
–Pues claro, eso es obvio… la llevaron al doctor.
–¿Y cómo supo el doctor que se había fracturado?
–Pues con una radiografía.
–¿Y sabes cómo funciona una radiografía?
Se quedó pensando unos segundos y finalmente reconoció:
–La verdad no.
–Ahí te va –le dije–: una radiografía es como una foto especial que utiliza un tipo de luz que se llama rayos X. Tampoco puedes ver los rayos X porque “vibran a un ritmo” muy rápido para que tus ojos los puedan detectar. Sin embargo, cuando la radiografía se toma, aparece una imagen en la pantalla de la máquina. Es como si estuvieras viendo una foto de tus huesos. Tu piel es transparente a los rayos X, pero tus huesos no; por eso en la radiografía se ven los huesos de tu cuerpo y así podemos saber si hay alguno roto. De la misma forma que tu piel es transparente a los rayos X, pero tus huesos no, el vidrio es transparente a la luz visible, pero no es transparente a la luz infrarroja. Por eso las ventanas de vidrio son un buen aislante térmico, ya que bloquean una gran parte de la componente infrarroja de la luz.
–¡Wow, eso sí es muy interesante! –me dijo asombrado, lo que para mí se sintió como un gran triunfo.
–la diferencia entre un material opaco y uno transparente –le dije ya para terminar– se debe a su estructura interna. Los materiales opacos, como el metal o las piedras, no dejan pasar la luz a través de ellos porque sus átomos y moléculas absorben gran parte su energía. Cuando la luz golpea un material opaco, ésta le transmite su energía a los átomos del material, los cuales la absorben y la convierten en otras formas de energía, como calor, en lugar de atravesarlo y permitirnos ver a través de él.
Esto, desde luego, es una simplificación para que un niño pueda comprender las bases. La realidad es que las interacciones de la luz con la materia se rigen por la mecánica cuántica y la estructura electrónica de los materiales, lo que desde luego escapa al foco de este texto.
Finalmente, pude ver que ahora sí estaba conforme con mi respuesta. Los que tienen hijos pequeños o conviven regularmente con niños saben que brindar una respuesta que satisfaga su curiosidad no siempre es tarea fácil, así que para ese punto yo estaba más que satisfecho. Después de eso estuvimos platicando acerca de qué materiales eran transparentes a qué tipo de luz y qué materiales eran opacos. Uno en particular tuvo una participación destacada en la conversación: la madera.
El secreto invisible de los bosques
Desde luego, la madera no es transparente a la luz visible. Uno no puede ver a través de los árboles. Eso es obvio. Tampoco a través de una mesa de madera y mucho menos a través de una puerta, ¿no? Simple y sencillamente la madera es opaca a la luz. No hay duda, eso es definitivo. O… tal vez no.
¿Me creerían si les dijera que la madera transparente sí existe y es tan real como el aire que respiramos? Pues sí, tal cual como lo leen. Tengo el gusto de hacer investigación en el área de ciencia de materiales del laboratorio de física aplicada del CINVESTAV, unidad Mérida, y actualmente me encuentro trabajando en una de sus líneas de investigación más recientes e interesantes: madera transparente. Se trata de un tipo de madera que es sometida a un proceso químico para transformarla en un material traslúcido; es decir, que permita el paso de la luz a través de ella. ¿Te imaginas tener ventanas o muebles hechos de madera y poder ver a través de ellos?
Para fabricar madera transparente, se utiliza un proceso llamado deslignificación. En este proceso se elimina uno de los principales compuestos de la madera y el segundo más abundante después de la celulosa: la lignina. La lignina le da a la madera su color característico y opacidad. Al eliminar la lignina, la madera adquiere una estructura muy porosa con un tono blancuzco, muy similar al del papel. Posteriormente la madera es infiltrada con polímeros transparentes (que, dicho sea de paso, “polímero” es el nombre técnico que se le da a los plásticos). Estos polímeros llenan los espacios vacíos que dejó la lignina dentro de la madera al ser removida.
Una vez que los polímeros se han solidificado, la madera ya es transparente y tiene propiedades especiales. Eso sí, todavía es bastante fuerte y resistente, como la madera normal, pero ahora también puede transmitir la luz. Esto la hace adecuada para diferentes usos, como hacer ventanas, puertas, tragaluces o incluso lámparas.
La madera transparente producida mediante este proceso puede variar en su grado de transparencia dependiendo de los materiales y las técnicas utilizadas. Además, es un proceso relativamente nuevo y en constante perfeccionamiento, por lo que su producción y comercialización están aún en etapas de investigación y desarrollo.
Los beneficios de la madera transparente son varios. Si se usa como ventana o tragaluz, permite que la luz natural entre en los espacios interiores, lo cual es bueno para nuestra salud y bienestar. Al ser un material renovable y sostenible, ayuda a proteger el medio ambiente y reducir la dependencia de otros materiales menos amigables con la naturaleza.
Cuando le conté a mi hijo que él tenía el poder de ver a través de la madera, como un superhéroe, se río y pensó que sólo estaba bromeando. Pero al llegar a casa, después del paseo, le di una muestra que traje del laboratorio para que la viera y jugara con ella. ¡Quedó fascinado! No pude evitar pensar muy contento: “Creo que este niño tiene madera de científico, sí… ¡pero madera transparente!”
Salvo la 1 y la 2, el resto de las imágenes (incluyendo la de portada) pertenecen al autor del texto.
Vórtice, es una revista de publicación continua digital editada por la Universidad Autónoma del Estado de Morelos (UAEM), a través de la Dirección de Publicaciones y Divulgación, Edificio 59 (Facultad de Artes), Campus Norte. Av. Universidad 1001, Col. Chamilpa, CP 62209, Cuernavaca, Morelos, México. Teléfono +52 777 329 7000, ext. 3815. Correo: revistavortice@uaem.mx. Editora responsable: Jade Gutiérrez Hardt. Reserva de Derechos al Uso Exclusivo No. 04-2014-070112203700-203, ISSN 2395-8871, ambos otorgados por el Instituto Nacional del Derecho de Autor.
Responsable de la última actualización de este número: Roberto Abad, Av. Universidad 1001, Col. Chamilpa, CP 62209.
Vórtice está incluida en el Índice de Revistas Mexicanas de Divulgación Científica y Tecnológica del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt). Publica artículos de divulgación relacionados con las ciencias y las humanidades, y textos breves que transmitan el gusto por el conocimiento científico. El contenido de los artículos es responsabilidad de cada autor. Esta revista proporciona acceso abierto inmediato a su contenido, con base en el principio de ofrecer al público un acceso libre a las investigaciones para contribuir a un mayor intercambio global de conocimientos. Se distribuye bajo una licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial 4.0 Internacional License.
