Los ni√Īos aprenden una clase de f√≠sica b√°sica en los primeros a√Īos. Son capaces de reconocer que una ambulancia se acerca simplemente porque la sirena suena m√°s aguda conforme avanza. Curiosamente, la f√≠sica que se encuentra detr√°s tambi√©n fue utilizada para generar el arma psicol√≥gica m√°s aterradora. Esta es la historia del origen de un silbido que anunciaba muerte y destrucci√≥n.

Para ello tenemos que retroceder al 3 de junio de 1845 y subirnos a una locomotora yendo y viniendo entre las ciudades de Utrecht y Maasen en los Pa√≠ses Bajos. La m√°quina no era una al uso. Tiraba de una √ļnica plataforma plana detr√°s de la cual se encontraban tres hombres.

Los tipos estaban haciendo cosas muy raras si tenemos en cuenta la fecha de lo ocurrido. Uno se ocupaba de anotar figuras en un formulario impreso, mientras que otro tocaba la nota Sol sin parar con una trompeta cada vez que el tercer hombre se√Īalaba que deb√≠a hacerlo. De pie, junto al maquinista en la plataforma de la locomotora, Christoph Buys Ballot lanzaba una mirada nerviosa al cielo y rezaba para que el clima no cambiara.

Imagen: Buys Ballot (Dominio P√ļblico)

Ballot era un f√≠sico de 28 a√Īos que se hab√≠a visto obligado a abandonar su primer intento de realizar el extra√Īo experimento unos meses antes. En aquella ocasi√≥n, los m√ļsicos se enfrentaron a una tormenta de nieve y el fr√≠o hab√≠a desafinado por completo sus instrumentos. Sin embargo, aquel martes 3 de junio era un d√≠a perfecto de verano, y Ballot sab√≠a que ten√≠a una buena oportunidad de realizar la prueba.

Con la ayuda de seis trompetistas, dos relojes y una locomotora, el hombre hab√≠a dise√Īado un plan con el que probar la solidez de una teor√≠a que un profesor austr√≠aco hab√≠a ideado en 1842 sobre el color de las estrellas. Hablamos de Christian Doppler y su trabajo On the Coloured Light of the Binary Refracted Stars and Other Celestial Bodies.

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Ilustraci√≥n: Corrimiento al rojo de las l√≠neas espectrales en el espectro √≥ptico de un superc√ļmulo de galaxias lejanas (derecha), comparado con el del Sol (izquierda (Dr. Schorsch/CC BY-SA 3.0)

Al parecer, Ballot se había hecho con una copia de A Monograph by Mr Doppler y había quedado fascinado con las ideas del profesor. Christian Doppler postuló que cualquiera que se acerque o se aleje de una fuente de luz a gran velocidad percibiría diferentes colores en ella que si hubiera permanecido estático. Este fenómeno no se podía observar en la vida cotidiana, ya que solo ocurría a altas velocidades. Sin embargo, Doppler estaba convencido de que cualquiera que buscara confirmar su teoría tan solo necesitaría mirar las estrellas.

Los astrónomos habían dividido las estrellas que aparecían en el cielo nocturno en dos categorías: estrellas blancas y estrellas de colores. Las estrellas blancas eran estrellas individuales que parecían no moverse, mientras que las estrellas de colores a menudo formaban un elemento de estrellas binarias, es decir, dos estrellas orbitando una alrededor de la otra. Doppler creía que el color de las estrellas binarias tenía que ver con el hecho de que alternativamente se alejaban y se acercaban a la Tierra.

La teoría en la que el hombre basó esta idea ha pasado a la historia de la física como el efecto Doppler, y Ballot estaba decidido a formar parte de dicha historia demostrándolo.

El efecto Doppler

Gr√°fica: Cambio de la longitud de onda provocado por el movimiento del emisor (Tkarcher/CC BY-SA 3.0)

Tras varias disputas sobre la naturaleza de la luz, los físicos en el período de Doppler estuvieron de acuerdo en que la luz irradia como una onda y que los diferentes colores que asume surgen de las diferentes frecuencias en las que oscilan las ondas de luz. Por tanto, la luz violeta oscila más rápido, y la luz roja más lenta, mientras que en el medio, como en un arcoíris, aparece el azul, verde, amarillo y naranja.

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Dicho de otra forma: el factor que determina si una persona percibe el rojo o el azul es la rapidez con la que las ondas de luz golpean el ojo del observador. Doppler se sorprendi√≥ al descubrir que nadie hasta ese momento hab√≠a notado que el movimiento de la fuente de luz o del observador tambi√©n desempe√Īaba un papel importante. Como explicaba el f√≠sico:

Una persona que se acerca a una fuente de luz se mueve contra la dirección de la onda y, por tanto, se encuentra con las ondas en una sucesión más rápida que si estuviera parado. Por el contrario, cualquiera que se aleje de una fuente de luz se está distanciando de los pulsos de onda, que ahora tardan más en alcanzarlo en una sucesión más lenta. El mismo principio también es válido para el caso opuesto, en el que el observador permanece estático y la fuente de luz se mueve.

Por si la gente de su tiempo no entend√≠a qu√© demonios les estaba contando, Doppler proporcion√≥ una ilustraci√≥n gr√°fica del principio con el ejemplo de un barco dirigi√©ndose hacia las olas y ‚Äúencontrando durante el mismo per√≠odo un mayor n√ļmero de olas y un golpeteo m√°s violento por parte de estas que un barco que permaneci√≥ inm√≥vil o uno que estaba siendo transportado junto a las olas y viajando en la misma direcci√≥n que ellas‚ÄĚ.

En su artículo, Doppler también calculó la velocidad a la que este efecto se haría visible a simple vista: 53 kilómetros por segundo. Por supuesto, esta cifra desanimó incluso al investigador más optimista de intentar demostrar el endemoniado efecto Doppler en un experimento.

Sin embargo, como el mismo Doppler tambi√©n se dio cuenta, hab√≠a una soluci√≥n a este problema: como la luz, el sonido tambi√©n viaja en ondas, solo que de forma mucho m√°s lenta que la luz. En consecuencia, el efecto postulado ‚Äútambi√©n se aplicar√≠a de manera absolutamente estricta‚ÄĚ a las ondas sonoras.

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GIF: Efecto Doppler del flujo del sonido alrededor de un auto (Charlie Whisky/CC BY-SA 3.0)

El sonido es una onda que se compone de variaciones r√°pidas y peque√Īas en la presi√≥n del aire, una que el o√≠do humano puede registrar. Al igual que el barco que navega hacia las olas, los pulsos de las ondas de sonido llegan al o√≠do en una sucesi√≥n m√°s r√°pida si una persona se mueve hacia la fuente de sonido, y esto hace que el tono parezca m√°s alto que el que est√° emitiendo la fuente. De hecho, Doppler calcul√≥ que una fuente de sonido tendr√≠a que acercarse al oyente a una velocidad de 70 km/h para cambiar de una nota Si a un Do, un semitono m√°s alto.

Y ahora volvamos a la locomotora de Ballott. Setenta kil√≥metros por hora era una velocidad que se pod√≠a alcanzar. Por esa raz√≥n, Buys Ballot se acerc√≥ al director del ferrocarril holand√©s del Rin, quien a su vez obtuvo el permiso del ministro del interior del pa√≠s para el ‚Äúuso gratuito de una locomotora‚ÄĚ.

La primera idea del joven f√≠sico fue utilizar el silbato del tren como fuente de sonido. Ten√≠a sentido: era ruidoso y por tanto audible a una gran distancia. Sin embargo, en los ensayos preliminares se dio cuenta de que la nota que produc√≠a era demasiado impura para que un m√ļsico pudiera determinar su tono preciso.

Ballot ampli√≥ el n√ļmero de asistentes al experimento contratando los servicios de un pu√Īado de los mejores trompetistas que pudo encontrar en Utrecht. Uno de ellos viaj√≥ en el vag√≥n del ferrocarril con dos asistentes, mientras que los otros esperaron en tres grupos a lo largo de una l√≠nea a un intervalo de 400 metros uno del otro.

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En el viaje de ida, al servicio de la ciencia, el trompetista en el vag√≥n tocar√≠a un Sol, mientras que los m√ļsicos al lado de la pista deb√≠an notar las diferencias de tono. En el viaje de regreso, los papeles se invirtieron: ahora tocaban los trompetistas al lado de la pista, mientras que el m√ļsico en el vag√≥n de ferrocarril intentaba determinar el tono de la nota.

Y por simple que Ballot pensara que podría ser el experimento, su ejecución real resultó ser mucho más complicada. Para lograr la mayor diferencia de tono posible, la locomotora tuvo que viajar lo más rápido que pudo, pero cuanto más rápido iba, más difícil resultaba distinguir el sonido de las trompetas por encima del ruido del motor.

Adem√°s, a esta velocidad el tren se encontraba demasiado lejos en muy poco tiempo, lo que significa que la nota era audible solo por un breve instante. Por otro lado, si el tren iba despacio, entonces la diferencia de tono era imperceptiblemente peque√Īa. Finalmente, Ballot se decidi√≥ por velocidades entre 18 y 70 km/h que cronometr√≥ con dos relojes.

Imagen: Un micrófono inmóvil registra las sirenas de los automóviles de policía en movimiento en diversos tonos, dependiendo de su dirección relativa. (Ekko/CC BY-SA 3.0)

El maquinista no pudo mantener las velocidades constantes, pero el principal contratiempo del f√≠sico no era tanto t√©cnico como personal: a pesar de recibir instrucciones precisas sobre d√≥nde tocar, los m√ļsicos demostraron ser incapaces de tocar sus notas justo en el momento adecuado. A veces uno de ellos olvidaba tocar su Sol, mientras que en otras ocasiones dos tocaban simult√°neamente. El enfado qued√≥ registrado en su trabajo, donde Ballot aconsej√≥ a cualquiera que quisiera repetir su experimento a utilizar ‚Äúindividuos debidamente disciplinados‚ÄĚ.

Una vez que repiti√≥ los experimentos que realiz√≥ con trompetas de v√°lvulas el 3 de junio, y con trompetas naturales m√°s potentes el 5 de junio, estaba en condiciones de confirmar la teor√≠a de Doppler ‚Äúa pesar de algunas irregularidades‚ÄĚ. Los m√ļsicos coincidieron en que la nota era m√°s alta cuando el trompetista se acercaba que cuando se alejaba de ellos.

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Ballot también estaba convencido de que Doppler se equivocaba en un punto: aunque su teoría era indudablemente correcta, no explicaba el color de las estrellas. La luz emitida por las estrellas era una mezcla, una de diversos colores. Al igual que con el efecto Doppler, todos estos aumentaran simultáneamente, por lo que la luz de frecuencia más baja, es decir, la roja, habría faltado en el espectro.

Doppler cre√≠a que este cambio de color era visible en las estrellas binarias, pero pas√≥ por alto el hecho de que las estrellas tambi√©n emiten rayos en la parte infrarroja invisible del espectro. Las ondas de luz infrarroja son a√ļn m√°s lentas que las rojas y son simplemente desplazadas por el efecto Doppler hacia la regi√≥n visible.

Por tanto, a efectos prácticos, en lo que respecta a la percepción visual humana del fenómeno, nada cambia. Irónicamente, Doppler eligió resaltar en el título de su artículo precisamente ese fenómeno, el color de las estrellas binarias... que no se produce como resultado del efecto Doppler. Las estrellas en realidad emiten luz de color desde el principio.

Con toda probabilidad, si Doppler estuviera hoy con vida no creo que eligiera el ejemplo de las estrellas binarias para corroborar su teoría, sino como decía al comienzo, algo tan fácil como las sirenas de las ambulancias, sonando más agudas cuando la ambulancia se acerca, y menos cuando se está alejando.

Algo tan simple de entender que los propios nazis utilizaron para sembrar el terror en Europa.

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El efecto Doppler como arma psicológica

Ilustraci√≥n: Esquema del V-2 (Dominio p√ļblico)

Seguro que la mayoría reconoce esa especie de silbido que tantas veces hemos visto en las películas bélicas recreadas por Hollywood. Diría que una gran parte de ellas proviene del sonido emitido por un cohete V-2 mientras atraviesa el cielo en su misión de destrucción.

El cohete, de nombre técnico A4, fue un misil balístico desarrollado a principios de la Segunda Guerra Mundial en Alemania. Se usó, principalmente, contra Bélgica y lugares del sureste de Inglaterra. V-2 fue también el primer misil balístico de combate de largo alcance del mundo y el primer artefacto humano conocido que hizo un vuelo suborbital.

Y como dec√≠amos, las pel√≠culas, series y documentales que se ocupan de las guerras del siglo XX a menudo incluyen ese sonido caracter√≠stico en su descripci√≥n o representaci√≥n de las bombas que caen. Cuando est√°s viendo una recreaci√≥n de Hollywood de una famosa batalla de la Segunda Guerra Mundial, los gritos silbantes de las bombas que caen ayudan a generar tensi√≥n pero, ¬Ņde verdad exist√≠a dicho silbido?

Los historiadores suelen decir que el avi√≥n alem√°n m√°s emblem√°tico durante la Segunda Guerra Mundial fue el bombardero en picado Stuka (o Ju 87), el cual se convirti√≥ en el s√≠mbolo de una serie de campa√Īas exitosas en las primeras etapas de la guerra. Aclamado como el arma del terror, su llegada causaba p√°nico.

Ilustraci√≥n: Vuelo en picado de un Stuka (Dominio p√ļblico)

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Para entenderlo debemos ponernos en contexto. La doctrina militar alemana, la Blitzkrieg (guerra relámpago ), se extendió por toda Europa continental. Entonces la máquina de guerra de la Wehrmacht parecía imparable en 1939, principalmente cuando los Stukas invadieron el cielo sobre Polonia.

La aeronave deriva de un biplano de la d√©cada de 1920, el bombardero Curtiss producido en Estados Unidos que fue pionero en la t√©cnica en picado. El ingeniero alem√°n Hermann Pohlmann trabaj√≥ en un prototipo durante la primera mitad de la d√©cada de 1930. Los vuelos de prueba resultaron ser un √©xito en 1935, por lo que los Stukas se enviaron a Espa√Īa al a√Īo siguiente para participar en la batalla.

De hecho, la Guerra Civil espa√Īola fue un campo de entrenamiento perfecto para las tropas y equipos alemanes e italianos, ya que sirvi√≥ como cobertura para la Segunda Guerra Mundial. Lo que espec√≠ficamente hizo que estos aviones fueran temibles fueron una especie de dos cuernos unidos a las alas que produc√≠an un sonido chirriante una vez que el avi√≥n se dirig√≠a hacia un objetivo.

Imagen: Restos de un Ju 87 B (Dominio p√ļblico)

Cuando el Stuka descend√≠a del cielo para soltar su carga mortal, el grito (o silbido) que lo acompa√Īaba ten√≠a un efecto devastador en la moral de cualquiera que estuviera en el suelo. No est√° claro si la idea la origin√≥ el propio Adolf Hitler, o si la t√°ctica de intimidaci√≥n fue una creaci√≥n de Ernst Udet, quien estaba a cargo de la oficina de investigaci√≥n y desarrollo de la Luftwaffe.

En cualquier caso, las dos sirenas impulsadas por hélice se instalaron en el modelo B-1 del Ju 87, que fue la primera versión del Stuka que entró en producción en masa. Se montaron en el borde de ataque del ala o en el borde delantero del carenado fijo del engranaje principal.

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Hasta tuvieron un nombre. Los alemanes llamaron a estos cuernos inquietantes las ‚Äútrompetas de Jeric√≥‚ÄĚ, quienes confiaron en el efecto psicol√≥gico del ruido para darles una ventaja contra sus oponentes. De esta forma, al igual que los griegos y los romanos con sus gritos de batalla, los bombarderos Stuka alemanes se utilizaron para sembrar el terror.

Imagen: Un Ju 87 B donde la carcasa de la ‚ÄúTrompeta de Jeric√≥‚ÄĚ se ha fundido en el equipo principal (Bundesarchiv/CC BY-SA 3.0 de)

Por cierto, las trompetas de Jeric√≥ tambi√©n tuvieron su lado negativo. Al parecer, reduc√≠an la velocidad del bombardero en 10 km/h debido al arrastre, un fallo que result√≥ mortal cuando los pilotos alemanes se enfrentaban a ca√Īones y cazas AA. La falta de velocidad, as√≠ como la falta de una defensa adecuada contra cualquier amenaza potencial aparte de las armas peque√Īas, limit√≥ el uso de los Stukas a convoyes terrestres mal defendidos sin apoyo a√©reo.

Quizás por todo ello, con el tiempo esta máquina de matar se dedicó simplemente a sembrar el terror entre civiles, centrándose en asaltar ciudades y pueblos.

Pasados varios meses de la contienda, se perdi√≥ el efecto devastador del bombardero en picado que gritaba. M√°s bien, se convirti√≥ en una se√Īal de advertencia. Las versiones posteriores se construyeron sin las trompetas de Jeric√≥, y en su lugar, las bombas a√©reas se equiparon con un dispositivo de silbato para el mismo prop√≥sito.

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Los alemanes comenzaron a dise√Īar sus bombas con un silbato especial que har√≠a que ese grito caracter√≠stico apareciera al caer hacia las ciudades. Por lo general, se trataba de un objeto de metal con bordes afilados, como una bomba, que emitir√≠a un peque√Īo ruido de siseo al caer por el aire.

Al dise√Īar bombas que ten√≠an un accesorio similar a un silbato, los alemanes estaban utilizando la guerra psicol√≥gica tanto como la guerra f√≠sica. El silbato se asoci√≥ con la muerte desde arriba, y dado que los bombardeos en Londres y otras ciudades europeas se sol√≠an realizar en medio de la noche, el sonido se convirti√≥ en uno que induc√≠a a la pesadilla y la ansiedad de los civiles. De hecho, todav√≠a hoy los supervivientes de bombardeos recuerdan esos inquietantes silbidos de la muerte desde sus refugios subterr√°neos.

Algunos historiadores argumentan que el silbato tenía la intención de advertir a los civiles del peligro que se avecinaba, para que pudieran tener tiempo de ponerse a cubierto o huir, pero esa teoría se desmorona cuando se observa la física del propio sonido.

Imagen: Stuka (Kaboldy/CC BY-SA 3.0)

Sería casi imposible saber de qué dirección venía la bomba solo por el sonido, por lo que podría dirigirse directamente hacia ti o podría aterrizar a cientos de metros de distancia. Además, los tiempos de vuelo de la bomba serían relativamente cortos, por lo que incluso si escucharas el silbido de una bomba que cae, tendrías muy poco tiempo para reaccionar o huir.

Si prestas atención a la representación que se hace en muchas películas de Hollywood de las bombas que caen, hay un error. Cuando se arroja la bomba y comienzan los silbidos, se escucha que el tono comienza bastante alto y luego se reduce a medida que se aleja de la fuente.

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Sin embargo, ese sonido clásico de bomba que cae es cómo lo escucharía el piloto en el avión, no las personas en tierra. De hecho, a medida que la bomba silbante se acercaba rápidamente a tierra, el silbido aumentaría en tono, al igual que el sonido de una sirena de ambulancia aumenta el tono cuando se acerca a ti.

Eso lo sabemos gracias a Doppler, su efecto, y a ese extra√Īo experimento que una vez llev√≥ a cabo Ballot a bordo de un ferrocarril. Los nazis tambi√©n lo sab√≠an, y de ah√≠ que perfeccionaran una de las armas psicol√≥gicas m√°s aterradoras de la historia de las guerras.

Curiosamente, hoy, innumerables aplicaciones técnicas en astronomía, química y medicina se basan en el efecto Doppler. Los sistemas de navegación en aviones dependen de él en gran medida, incluso la teoría del Big Bang nunca podría haberse ideado sin él.

Ir√≥nicamente tambi√©n, Ballot nunca pens√≥ que aquello iba a llegar a tanto, mucho menos a convertir el efecto de la f√≠sica en un arma del terror. La √ļnica aplicaci√≥n pr√°ctica del efecto Doppler que imagin√≥ fue que ‚Äúalg√ļn d√≠a podr√≠a contribuir a la fabricaci√≥n de mejores instrumentos musicales‚ÄĚ. [On the Coloured Light of the Binary Refracted Stars and Other Celestial Bodies,¬†Wikipedia, College Physics: Reasoning and Relationships, Wikipedia, iO9]