TEC DE MONTERREY

TEC DE MONTERREY

viernes, 22 de noviembre de 2013

¿ES UN PÁJARO? ¿ES UN AVIÓN? ¿ES... FÍSICAMENTE POSIBLE?

 Desde la noche de los tiempos, el hombre ha admirado la capacidad de vuelo de las aves. Mientras ellas sobrevolaban la Creación, tocaban las nubes y jugueteaban con el Sol, nosotros permanecíamos anclados en tierra. Hemos envidiado su libertad para sobrevolar obstáculos, barreras y fronteras. Hemos suspirado por poseer, al igual que ellas, la capacidad de vencer a la gravedad, tan necesaria para nuestra existencia como esclavizadora de nuestros sueños. Aún hoy, inmersos en una sociedad globalizada, seguimos alumbrando el antiguo sueño de poder volar.
No es extraño pues, que uno de los superpoderes más admirados del Hombre de Acero sea el de su majestuosa capacidad de vuelo. Sabemos que un ser humano no puede volar sin ayuda mecánica, por mucha bebida energética que se tome. Pero…. ¿podría Superman, en su condición de extraterrestre, volar como los pájaros?

Vamos a considerar primero qué es necesario para poder volar. Por muy alienígena que sea, el kryptoniano está sometido a las mismas leyes físicas y químicas que el resto de la Humanidad. Por lo tanto, Superman debería vencer dos fuerzas: la atracción gravitatoria ejercida por la Tierra  que le atraería hacia el centro de nuestro planeta (es decir, lo “jalaría” hacia abajo), y la fuerza de rozamiento con la atmósfera, (que “jalaría” de él en la misma dirección en la que se desplazara, pero en sentido opuesto).
La fuerza gravitatoria es sencilla de calcular. Sería la resultante de multiplicar la masa de nuestro héroe por la intensidad del campo gravitatorio en la superficie de la Tierra, los famosos 9,8 m/s2 que muchos de nosotros recordamos de los problemas de Física. Aunque oficialmente no se conoce su peso, podemos aceptar, por lo dicho en la primera película, que estará sobre los 90 kilos más o menos. Es decir, la fuerza con que la Tierra atraería a Superman sería de unos 900 N más o menos. La fuerza de rozamiento es más complicada de calcular, ya que es directamente proporcional al peso de Superman y a un coeficiente de fricción, que depende a su vez de la composición de la atmósfera y de la forma más o menos aerodinámica que adoptara el Hombre de Acero en su vuelo, y al cuadrado de la velocidad. Para no complicarlo mucho, si nuestro héroe quisiera volar a unos 100km/h, es decir unos 30m/s, la fuerza de rozamiento sería de unos 650 N. Es decir, para mantener una velocidad constante de 100Km/h, Superman debería realizar una fuerza de unos 1081 N formando un ángulo con la horizontal de poco más de 50º.

Los seres humanos somos incapaces de generar esa fuerza. Las aves pueden volar por diversos motivos, entre los que se encuentran su esqueleto hueco (aire en lugar de médula), su poderosa musculatura pectoral y, por encima de todo, por que sus extremidades se han transformado en alas. Al batirlas, producen un vacío de aire que es rápidamente ocupado por aire ascendente, que es el que en última instancia empuja al vertebrado hacia las alturas. Hay aves que vuelan solo por batir de alas, como las golondrinas, pero la gran mayoría, una vez que consiguen altura, aprovechan la aerodinamicidad de su cuerpo para planear aprovechando las corrientes de aire.

A simple vista, la morfología del kryptoniano es similar a la humana, es decir, carece de alas, por lo que tendría los mismos problemas que cualquier habitante de Cuernavaca o San Luis Potosí, así que no podría generar esa fuerza de manera similar a las aves. Alguno se preguntará, ¿en Krypton no hay una mayor gravedad? ¿No ayudaría este detalle a que Superman sí pudiera lograr ese empuje? Pues temo desilusionarte, querido amigo. En primer lugar, tendríamos que tener en cuenta que, aunque proveniente de un planeta con una gravedad unas 10 veces mayor, Clark Kent se ha criado en la Tierra. Y dado que su morfología es humana, no sería descabellado suponer que su organismo se haya adaptado a su nuevo hogar.


Pero intentando ayudar a Superman, aceptemos la hipótesis de que, a pesar de a pesar de haberse criado en Smallville, su organismo sigue “adaptado” a su anterior hogar. En este caso, esa diferencia de gravedad le daría una mayor capacidad de salto (al igual que le pasa a los astronautas en la Luna) que el resto de los mortales, pero su bote portentoso no lo podríamos considerar “técnicamente” como un vuelo. Podrían ocurrir tres cosas: una, que en su carrera llegara a adquirir una velocidad superior a la velocidad de escape (velocidad con la que cualquier objeto debe ser lanzado desde la superficie terrestre para poder escapar del campo gravitatorio terrestre), con lo que de un salto se escaparía de la Tierra. Dos, que saltara justo con esa velocidad, con lo que se quedaría en órbita estacionaria alrededor de la Tierra. Y tres (y la más lógica), que no alcanzara esa velocidad, con lo que se cumpliría el viejo adagio “todo lo que sube, debe de bajar”. Si alguien se pregunta cuál es la velocidad de escape de la Tierra, su valor es de unos 4000 Km/h. Es decir, aún en el poco probable (por no decir imposible) caso en que la carrera de Superman le permitiera desarrollar esa velocidad, el kryptoniano no dispone de alas para poder dirigir el salto, es decir, se limitaría a saltar (curiosamente, en los primeros cómics era lo que hacía nuestro héroe, saltar y saltar) y escaparse de la Tierra o mantenerse en órbita.

Aún queda otra posibilidad, para los que quieran seguir aferrándose a la posibilidad. Perfecto, admitimos que el Hombre de Acero no puede generar esa fuerza necesaria, ni por morfología ni por capacidad locomotriz. ¿No hay otra manera de generar esa fuerza? La respuesta es: “sí, la hay”. Imaginemos que el cuerpo del kryptoniano, como buen alienígena, le permite emitir partículas elementales, como por ejemplo, neutrinos. Si fuera capaz, gracias a la tercera ley de Newton, también conocida como Principio de acción y reacción, que dice que “Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria: o sea, las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en sentido opuesto”, nuestro héroe saldría lanzado en el sentido opuesto del de la emisión de las mencionadas partículas.

Nos preguntaremos qué son los neutrinos y porqué esta partícula elemental es la elegida, de entre todas las que hay. Pues es fácil de explicar. Los neutrinos tienen masa despreciable, por lo que nuestro héroe no adelgazaría drásticamente con cada vuelo; no se ven afectados por campos electromagnéticos ni por la fuerza nuclear fuerte, aunque sí por el gravitatorio y la fuerza nuclear débil. Si nos tenemos que descomponer en algo que nos permita volar, que sea en neutrinos.
El problema radica en cómo generarlos. Los neutrinos son consecuencia directa de reacciones de fusión o fisión nuclear. Diariamente, millones de neutrinos procedentes del Sol atraviesan nuestro cuerpo sin causar daño alguno. Superman debería tener un reactor nuclear en su interior, y es sabido que la energía nuclear es no renovable, es decir, más pronto o más tarde Superman agotaría su combustible radioactivo y dejaría de volar, con lo que también debería conformarse con tomarse una cañita y observar envidioso el vuelo de las aves en las tarde de verano.




 








AUTORES:
  • Luis Fernando Castillo Diaz
  • Gerardo Hernandez
  • Leopoldo Zuñiga
  • Oscar Torres Contreras

miércoles, 20 de noviembre de 2013

Nos interesa tu opinión (3)

¿Cuál tipo de superheroe es mejor?¿Los intelectuales (batman, ironman), los que nacieron siendolo (superman, thor etc.) o los que adquirieron sus poderes (spiderman,hulk etc.)? Justifique su respuesta.

Introducción y Resumen

Este blog tiene como finalidad impulsarte la curiosidad para averiguar y juzgar qué tiene de realidad o de fantasía tu película o serie favorita. La herramienta de la cual se hará uso para alcanzar este objetivo será la física. Estos análizis son, por lo general, para analizar películas o series de superhéroes o de ciencia ficción, pero en este blog no se discrimina.

El propósito es es hacer un análisis profundo, por decir, si se descarta la posibilidad de cierta ficción presentada, se expondrán el porqué y además de si es viable o no en algún futuro, o incluso si ya se está comenzando a trabajar en dicha idea.

Además de todo esto, en los comentarios puedes poner tus dudas e inquietudes sobre nuestras publicaciones, las cuales se intentarán responder de ser posible en nuevas entradas.

Nos interesa tu opinión (2)

De ser posible ¿cuál bando (bien o mal) y cuál super poder escogerías y porqué? Por favor, justifica la ética de tu respuesta.

Nos interesa tu opinión (1)

¿Crees que si la física rigiera el mundo de los superheroes, estos serían igual de populares?

The Dark knight rises y la física nuclear.


La física nuclear es un tema que vemos frecuentemente en las películas. El hecho de que ocurran explosiones atómicas que atentan contra la vida de ciudades o países enteros es siempre un buen “plot” en cualquier historia que busque el heroísmo. A continuación se analizará el arma nuclear que Bane activa en la 3ª parte de la trilogía The Dark Knight.

El arma en cuestión es una “bomba” que se crea a partir de un reactor nuclear que obtiene energía por medio de la fusión de átomos, es decir, cuando estos se juntan.  Esto por definición no podría ser una bomba nuclear ya que las explosiones de estas se dan por la energía liberada por la fisión o separación de átomos.
En otra parte de la película se dice que la bomba es inestable pero aún así tiene un “timer” antes de la explosión. Esto es imposible por el hecho de que, sí la bomba es inestable por una serie de decaimientos, pero estos decaimientos son ALEATORIOS. Entonces una bomba que depende solo del decaimiento para explotar no puede predecirse el momento de la explosión, por lo que el "timer" incrustado en la bomba es inutil e inexacto.

Impulso warp

Con sus recientes películas reboot la galardonada serie de los años 60´s Star Trek no podía quedar fuera de este blog. Esta grandiosa serie de ciencia ficción tiene mucho que ofrecer en el campo de la física ¿pero hasta que punto la ficción puede ser realidad?

En el universo Star Trek el capitán James T. Kirk acompañado de su primer oficial el Sr. Spock, recorren la galaxia abordo de su nave estelar, la majestuosa USS Enterprise. Su misión, explorar el universo en busca de nuevos mundo, todo esto es posible con la ayuda del “impulso warp”.



El impulso warp es el método por el cual la USS Enterprise es capaz de recorrer gran parte de la galaxia en un corto lapso de tiempo. Una explicación mas clara podría darse utilizando el concepto de la unidad de medida “años-luz”, esta unidad de distancia aproximadamente equivale a 9,460,000,000,000 KM; pongamos como ejemplo un recorrido a la estrella mas cercana a nuestro planeta, Alfa Centauri, ubicada a 4.37 años luz de nuestro cuerpo celeste. Es decir que si apuntáramos un láser hacia Alfa Centauri después de cuatro años cuatro meses aproximadamente estaría arribando a la estrella nuestro pequeño haz de luz; para esto es importante considerar que la velocidad de la luz es 300,000 km/s, velocidad que ninguna nave espacial posee en la actualidad.

El impulso warp propone crear una distorsión en el espaciotiempo con la capacidad de dar a cualquier nave estelar una velocidad varios múltiplos mayor a la velocidad de la luz, en términos mas comprensibles esto nos daría la capacidad de llegar a Alfa Centauri en meses, semanas o inclusive días. Esta es la maravilla del impulso warp, llegar a un rincón jamás conocido del universo sin desperdiciar un vida en intentarlo.


¿Pero es posible esta teoría?

El físico mexicano Miguel Alcubierre Moya es conocido por haber desarrollado un modelo matemático que explica como funciona el impulso warp, lo interesante de su modelo es que plantea viajar mas rápido que la luz sin romper las leyes de la física, este modelo es conocido como la métrica de Alcubierre.


La idea de Alcubierre propone, con la ayuda de algún artefacto, crear una burbuja de deformación que ubicaría estacionariamente a la nave espacial, detrás de la nave el espaciotiempo se deformaría expandiéndose mientras que en la parte frontal el universo se contraería, como si el espacio “empujara” la nave de ahí el termino “impulso warp”, esta es la misma idea de una ola que lleva a un surfista.


Quizás para una mejor comprensión del “impulso warp” sea bueno tomar en cuenta una banda transportadora de personas como las que se encuentran en los pasillos de un aeropuerto. Pensemos en un experimento en el cual dos personas caminen con la misma velocidad, sin embargo una de ellas camina en el pasillo y la otra por la banda transportadora, la persona que va por la banda transportadora llegara notablemente antes. Este es un gran ejemplo debido a que en la banda transportadora sucede lo mismo que en el impulso warp, la banda frente a ti es cada vez menor y el pedazo de banda que se encuentra detrás de ti se incrementa aumentando la aceleración de la persona dentro de ella.


El problema con la teoría de Alcubierre es que esa supuesta burbuja capaz de deformar el espaciotiempo para desplazar una nave estelar a través de la galaxia requeriría una cantidad inalcanzable de energía, aproximadamente 10^45 julios, eso es aproximadamente la energía contenida en júpiter, sin embargo la NASA afirma que el impulso warp es más posible de lo que se cree.


Impulsando al futuro

Debido a la inmensa cantidad de energía requerida para hacer posible el “impulso warp” durante mucho tiempo esta estuvo remitida como una fantasía de la ciencia ficción, pero en Septiembre del 2012 la NASA dio esperanza a la velocidad warp. Según explican cambiando algunas piezas en el diseño original propuesto por Alcubierre se podría disminuir notablemente la cantidad de energía necesaria para hacer el “impulso warp” factible.

El nuevo diseño consistía en cambiar la forma de anillo alrededor de la nave estelar para crear la burbuja que separaría la nave del espaciotiempo por una forma toroidal, esto cambiaria la energía necesaria equivalente al tamaño de la masa de júpiter por la masa del Voyager 1 dando al “impulso warp” esperanza nuevamente.




miércoles, 30 de octubre de 2013

OBJETIVO


El propósito del blog, es el explicar la física que se ha necesitado utilizar para generar películas, principalmente películas sobre "súper héroes". Analizaremos los filmes más importantes y más conocidos en la historia, buscando explicar la física utilizada y la posibilidad de realidad y credibilidad de esa física utilizada.