Cuando cae un rayo sobre el coche

Cuando cae un rayo sobre el coche

Cuando hay tormenta, una de las primeras cosas que se dice es que debemos alejarnos de los árboles, y que un coche debería ser un lugar bastante seguro. Luego, siempre hay alguien que menciona que la carrocería metálica hace las veces de jaula de Faraday, protegiendo a los pasajeros del posible daño que pueda provocar el rayo sobre el coche.

De hecho, este es uno de los pocos casos en que la leyenda urbana es bastante exacta, con matices. Es cierto el efecto de jaula de Faraday existe (y explicar por qué ocurre es uno de los platos que está en el menú del artículo de hoy). Aunque resulta que lo mismo que nos protege también tiene el efecto de atraer los rayos. Además, aunque las personas en su interior suelen salir indemnes, los aparatos electrónicos no corren la misma suerte. Y eso también incluye la electrónica del propio vehículo.

La prueba de ello (de que la carrocería nos puede salvar si cae un rayo sobre el coche, pero puede causar averíes en la electrónica) es un mensaje que leí hace unas semanas en el foro de Física. Un visitante llamado Vemata comentaba que había vivido la asombrosa experiencia de recibir la descarga de un rayo desde el interior del coche. Comentaba que tenía el coche en el taller ya que le tenían que cambiar gran parte de la electrónica. Relataba la experiencia tal que así:

Respecto a la experiencia es muy heavy. Escuchas un estruendo muy grande y una luz cegadora, todo en medio segundo, muy muy rápido. No estaba seguro de que había sido, de primeras pensé que un rayo pero como la probabilidad es tan baja lo descartaba. Aunque al final, cuando vimos el techo del coche quemado… en fin una experinecia para recordar.
Vemata (en Foro de Física)

La caída del rayo sobre el coche

No pretendo explicar aquí el mecanismo completo que genera un rayo. Sólo un resumen porque es algo realmente apasionante, ya que según todo lo que se ha podido experimentar con electricidad estática en el laboratorio, los rayos no deberían ser posibles. La diferencia de potencial eléctrico que se establece entre las nubes y el suelo se ha medido con aviones, y se ha comprobado que no es suficiente para provocar una descarga.

La teoría actual es que la descarga se inicia gracias al impacto contra las capas superiores de la atmósfera terrestre de partículas muy energéticas que provienen del espacio exterior. Esos impactos ocurren de forma constante en toda la Tierra y son fácilmente detectables por los físicos (entre otras cosas, son los responsables de producir nuevo carbono-14, lo que nos sirve para datar fósiles). Si ese impacto ocurre cerca de una nube que ha acumulado suficiente carga, entonces se puede producir el rayo.

Una vez se ha iniciado la descarga, no se produce de golpe. De hecho, salen multitud de rayos pequeños que reciben el nombre de líderes. Normalmente sólo uno de los líderes se acabará convirtiendo en el rayo de verdad, pero en ocasiones puede haber más (lo que llamamos centella). Los líderes se desplazan por el aire de forma errática en saltos de unos 50m a 100m, tras los cuales pueden desviarse o incluso dividirse. Por eso, los rayos después tienen formas un poco raras, e incluso parecen cambiar de dirección. En el vídeo anterior se ve muy bien.

La trayectoria de cada líder deja tras de si un canal conductor. Básicamente un cable eléctrico a través del que puede pasar toda la carga eléctrica acumulada en la nube. Pero como delante del líder hay aire, que es aislante, es como si el circuito no estuviera cerrado. Por eso, de momento, la descarga no se produce.

El circuito de se cierra cuando alguno de los líderes colisiona con objetos en la superficie. En realidad, la historia es algo más complicada, ya que cuando el líder se aproxima a la superficie, la atracción entre cargas de signo opuesto puede provocar que desde el suelo aparezca un líder positivo ascendente que salga al encuentro del líder negativo descendente. Eso es más fácil que ocurra en los objetos conductores, ya que por definición tienen cargas móviles en su interior.

Por eso, es mucho más probable que caiga un rayo sobre un objeto muy conductor. Se suman los dos factores: la facilidad de que se cree un líder ascendente que conecte con el descendente, y el hecho de que si se produce el contacto, el canal pasa a ser muy conductor.

En resumen, y volviendo al mundo de la automoción, dado que la carrocería es metálica, tiende a atraer los rayos. Por eso, es bastante más probable que nos caiga un rayo sobre el coche que si vamos andando por la carretera con un chubasquero.

Caja de Faraday

Por otro lado, el hecho de que la carrocería sea conductora es lo que evita que ocurran daños importantes en el interior del coche. Como hemos dicho, un material conductor se define por el hecho de que contiene cargas eléctricas que se pueden mover de forma libre por su interior. Vamos a suponer que todas las cargas móviles son del mismo signo (normalmente serán electrones, de carga negativa). El razonamiento funcionaría igual si hubieran carga de ambos signos, pero es una forma tonta de complicarnos la vida.

Como todos sabéis, las cargas del mismo signo se repelen entre si. Y, en el caso de un material conductor, las cargas se pueden mover. Es decir, lo que hacen las cargas en un conductor es alejarse entre si. Y lo más que se pueden alejar, es poniéndose todas cerca de la superficie del material.

En conclusión, las cargas en un material conductor siempre están en su superficie, no hay carga neta en su interior.

Eso significa que si en el interior del conductor hay algo delicado, ese algo quedará completamente protegido de cualquier carga eléctrica. Las cargas del rayo se repartirán por la superficie de la carrocería. Si los pasajeros no están en contacto con ninguna parte metálica de la cabina (y fijaos que, por lo menos en los coches nuevos, todo el interior es de plástico o está tapizado), entonces estarán perfectamente a salvo aunque caiga un rayo sobre el coche.

Otro hecho que contribuye a reducir los daños es que el único punto de contacto del coche con el exterior son las ruedas, que son muy aislantes. Eso significa que la carga que ha aterrizado en la carrocería está atrapada en ella, no hay un contacto eléctrico directo con ningún otro cuerpo. Si las ruedas fueran conductoras, entonces se formarían corrientes superficiales que descargarían toda la energía. Esas corrientes tan fuertes provocarían un calentamiento bestial, lo cual podría fundir y dañar la estructura de la carrocería.

Al quedarse atrapada en la carrocería, las corrientes superficiales que se forman son menores. Al final, la carga se acaba disipando en tierra a través de arcos voltaicos (una especie de rayos más pequeñitos entre el coche y el suelo).

Cuando cae un rayo sobre el coche

Pulso electromagnético

Entonces, ¿por qué puede estropearse los equipos electrónicos en el interior del vehículo? Resulta que todo movimiento (en realidad, aceleración) de cargas eléctricas supone la emisión de lo que llamamos pulso electromagnético. Los pulsos electromagnéticos, a su vez, pueden mover cargas.

Los equipos electrónicos están hechos de materiales conductores y/o semiconductores. Lo cual, recordemos, significa que contienen cargas que se pueden mover. El pulso electromagnético puede mover dichas cargas, creando una corriente espúrea en su interior. Si esa corriente es demasiado intensa, puede dañar de forma irreparable los circuitos electrónicos.

En definitiva, quedarse dentro del vehículo en una tormenta puede ser la mejor alternativa en muchas circunstancias. Por un lado, su carácter metálico hará un poco más probable que caiga un rayo sobre el coche, pero por otro lado el efecto de jaula de Faraday nos mantendrá a salvo, aunque sea a costa del equipamiento electrónico.

De todas formas, si es posible, durante una tormenta lo mejor es quedarse en casa.

Más información | Caída de un rayo en un coche, Rayos que empiezan siendo cósmicos
Vídeos | mrcatzilla, KamikazEJJY
Foto | John Fowler, veggiefrog

8 comentarios

Escargot

Me ha encantado el artículo. Muy interesante y aclaratorio.

Ahora dos preguntas:

¿No llevar las ventanillas completamente subidas rompe el efecto de la Caja de Faraday?

¿También se echa a perder la electrónica en el caso de un coche que no está en marcha?

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Jaume

Me esperaba la primera pregunta :P

En principio es bastante improbable que el rayo entre a través de la ventana e impacte en el interior, ya que el interior no es conductor. Si cae en la carrocería, en principio debería dar igual que tengas la ventana abierta o no. No obstante, llevar la ventana abierta si hay tormenta parece bastante tonto. Y no sólo por el rayo.

Sobre la electrónica en parado, depende. Los semi-conductores son materiales que se ponen en modo conductor sólo bajo algunas circunstancias, así que si si está parada puede ser más resistente. No obstante, un coche apagado sigue teniendo algo de electrónica encendido (alarma, cierre centralizado a la espera de que le des a la llave, etc). Puede que se estropeen menos cosas, pero bien no le hará.

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Escargot

Es que la primera pregunta ya la dejé caer por ahí hace un tiempo… ;)

Estoy de acuerdo contigo en que llevar las ventanillas bajadas durante una tormenta muy inteligente no es, a menos que lo hagas porque no te ha dado tiempo a ducharte en casa. XD Pero hay gente (como yo) a la que le gusta el olor de la lluvia y, claro…

Sobre la electrónica, me imagino que un coche viejo saldría mejor parado que uno nuevo.

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Levinskov

No quiero salirme por la tangente, pero ¿Un Pulso Electromagnético de Altitud (HEMP) afectaría también a los sistemas eléctricos del coche?

¿No deberían estar protegidos mediante fusibles y aislados?

Saludos!

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Jaume

Si el PEM consigue llegar hasta los circuitos electrónicos, da igual que provenga de un rayo o de una bomba atómica detonada en altitud.

El principio de la caja de Faraday también proporciona algo de protección contra PEM (de hecho, es una de las propiedades más importantes), aunque en el caso del coche las laminas metálicas son relativamente finas, por lo que un pulso electromagnético muy fuerte probablemente pueda llegar a pasar. Y, de hecho, el caso que citaba de Vemata es un ejemplo.

En conclusión, yo diría que es posible que afecte afecte a los coches, aunque tampoco al 100%.

De hecho, para proteger un sistema de pulsos electromagnéticos, no se trata de aislarlos y poner fusibles (eso protege de otras variaciones de tensión). La mejor forma es ponerlos en una caja de Faraday más consistente (con mayor grosor, incluso con más de una capa metálica). Yo diría que eso es bastante inviable en automoción.

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Cogollos

Ten en cuenta que los fusibles están ubicados en el positivo de la corriente eléctrica, mientras la descarga se hacer por la masa (el chasis) del vehículo.

Por lo tanto, se fríe toda la electrónica.

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