¿Nuestros ojos nos engañan? Las ondas de calor visibles

En los días más calurosos del año, durante un viaje en carretera; pudiste haber notado como a la distancia el paisaje llega a verse borroso. No te alarmes, tu vista no te está engañando; se trata de las llamadas ondas de calor visibles, un efecto óptico por las altas temperaturas.    

El comportamiento de la luz  

La luz tiene un comportamiento muy peculiar, aunque puede parecer que viaja a en línea recta, en realidad, se comporta como una onda. Para entender el efecto óptico sobre la carretera, es necesario entender que las ondas de luz pueden curvarse, reflejarse y refractarse al atravesar distintos medios.

La refracción ocurre cuando la luz cambia de velocidad al pasar de un medio a otro con densidad diferente. (Young et al., 2012) Un ejemplo clásico es el del lápiz en un vaso de agua: el cual, al sumergirlo, este parece doblarse. Este fenómeno sigue la ley de Snell, la cual describe de forma matemática sobre como un rayo de luz se desvía al pasar de un medio a otro. Un concepto importante para entender las ondas de calor visibles de forma simple.  

La relación entre la luz y la temperatura 

La densidad, es una magnitud física que nos permite entender como la luz y la temperatura se relacionan. En un modelo sencillo, siguiendo la ecuación del gas ideal (PV = nRT), se puede notar que la densidad y la temperatura tienen una relación inversamente proporcional; esto es, cuando la temperatura aumenta, la densidad disminuye y viceversa (Figura 1). 

Figura 1 

Para visualizarlo, imagina una que tienes una alberca de pelotas:

• Caso 1: Inicialmente tienes muchas pelotas juntas (densidad alta), estas no se mueven y tienen poca energía (temperatura baja) (Figura 2 A).  

• Caso 2: Agitas la alberca, las pelotas empiezan a moverse y aumentan su energía (temperatura alta), gracias a esto se separan y abarcan mucho mas espacio (densidad baja) (Figura 2 B).

Figura 2.- Imágenes tomadas de una simulación de PhET Interactive Simulations

¿Qué son las ondas de calor visibles?   

Una vez entendida la noción de estos conceptos, se puede llegar a una explicación sencilla de este peculiar efecto óptico que se da en las carreteras:

La superficie de la carretera puede llegar a temperaturas extremas gracias a que el asfalto absorbe energía. Esta energía produce un gradiente de temperatura al calentar el aire en contacto directo, donde el aire es menos denso que en el ambiente. Esta diferencia produce que la luz que viajaba por el aire se refracte. La cual al llegar a tus ojos produce un espejismo similar al de un charco de agua. (Zhang et al., 2011)

El movimiento continuo del aire, donde el aire caliente asciende y el frio disminuye, produce que el gradiente de temperatura no sea constante, lo que hace que la velocidad de la luz en el medio cambie de forma irregular y se produzca ese efecto borroso del paisaje.  

Un efecto más común de lo que crees    

Realmente este efecto no se da únicamente en el asfalto, para que lleguen a ocurrir las llamadas ondas de calor visibles solo es necesario un medio que produzca un gradiente de temperatura que no sea constante. Un ejemplo famoso ocurre en el desierto; las personas creen ver cuerpos de agua en el desierto, cuando en realidad son engañadas por este efecto. 

Referencias bibliográficas 

1. Zhou, H., Huang, Z., Cheng, Q., Lü, W., Qiu, K., Chen, C., & Hsu, P. F. (2011). Road surface mirage: a bunch of hot air?. Chinese science bulletin, 56(10), 962-968. 

2. Paola, C. A., Cruzado, A., & Carrasco Galleguillos, F. M. (2022). Light refraction in the earth’s atmosphere I. Inferior mirages: analytic solution of ray paths. Revista mexicana de física, 68(4). 

3. Stull, R. B. (2015). Practical meteorology: an algebra-based survey of atmospheric science. University of British Columbia. 

4. Young, H. D., Freedman, R. A., & Ford, A. L. (2012). Sears & Zemansky’s University Physics: With Modern Physics (13ª ed.). Pearson 

5. PhET Interactive Simulations. (2023). Propiedades de los gases [Simulación interactiva]. University of Colorado Boulder. https://phet.colorado.edu/sims/html/gas-properties/latest/gas-properties_all.html?locale=es