Wednesday, April 29, 2009

La física de los superhéroes


En la Oveja eléctrica, programa que pasa por canal 22, próximamente se hablará de la física de los superhéroes. ¿Puede realmente Súperman volar? ¿Es la invisibilidad una ventaja para quien la tiene? ¿cómo puede lograrse? Pues bien, he aquí algunas cosas que pueden ser de interés:

Supermán


¿Cómo es que puede volar Supermán?

De acuerdo a la segunda ley de Newton, debe haber una fuerza ascendente que balanceé la fuerza hacia abajo debido a su peso. Matemáticamente:
F = mg = ma = 0

¿Pero qué puede causar esta fuerza?

Una posibilidad es que Supermán es capaz de emitir chorros de aire de alta velocidad a través de los poros de su piel. Al sacar así el aire, de acuerdo a la tercera Ley de Newton, el aire lo empujará. Sabemos que Supermán puede sobrevivir en el espacio (¿aguantará la respiración?) o quizás no necesita pulmones para sobrevivir. tal vez los usa como tanques de aire auxiliares para poder volar.


Storm

En los X-men (hombres-X) la mutante "Storm" (Tormenta), es capaz de generar relámpagos si así lo desea. Hay que saber sin embargo que un relámpago normal contiene algo así como 500 millones de Joules, que es el equivalente a 120,000 calorías. Para producir siquiera un solo relámpago Storm tendría que comer 60 veces la cantidad de comida recomendable para una mujer adulto. (Y en la película no la vemos comer nunca).

Ahora bien, si su estómago ha mutado en algún tipo de reactor de fusión nuclear, o algo mejor, digamos un reactor de materia/antimateria, ella podría generar los relámpagos sin problemas. Aplicando la teoría de la relatividad (E=mc^2), un solo gramo de masa convertido completamente en energía podría dar la fabulosa suma de 90 trillones de joules. Esto es, unos 18 millones de relámpagos.


La Antorcha Humana

Johnny Storm (La Antorcha), de los cuatro fantásticos, es uno de los superhéroes más notables. Habiendo sido expuesto a una dosis "letal" de rayos cósmicos, Johnny desarrolla inmensos poderes. Puede volar, como Supermán. En este caso podemos teorizar y decir que posiblemente expele gas a considerable alta velocidad en la dirección apropiada. Ahora bien, para poder "encenderse", podemos aplicar un poco de termodinámica y calcular que necesitaríamos alrededor de 940 millones de Joules para encenderse a una temperatura de 5000 grados centígrados.

Esto último resulta sorprendente considerando que los aminoácidos, los bloques que forman la vida, se deshacen a temperaturas no mayores de 100 grados farenheit. ¿Cómo es que el DNA de Johnny no se evaporiza cuando se enciende? Misterio. Cabe señalar que cada vez que Johnny se enciende debería perder toda el agua de su cuerpo inmediatamente. Esta se vaporizaría. ¿Cómo es que sobrevive?



Magneto

Magneto es un supervillano de los hombres X con la extrema habilidad de crear campos magnéticos extremadamente poderosos a su deseo. Ya que los campos magnéticos son producidos por corrientes eléctricas, podrías aproximar burdamente lo que hace Magneto. Por simplicidad, modelemos el interior de un circuito eléctrico como un gran solenoide (bobina). La energía magnética de una bobina está dada por la ecuación

U = ½(μ0n^2AL)I^2

Donde U es la energía,
μ0 es una constante que es 4 x 10-7 N/A^2
n es el número de vueltas de la bobina
A es la sección transversal cruzada del solenoide
L es la longitud del solenoide
I es la corriente generando el campo magnético

Asumamos que la bobina de magneto tiene unas 1000 vueltas y un área transversal de 0.01 m^2 y de aproximadamente 2 m de longitud.

Digamos ahora que la energía que él usa para levantar un automóvil de 1000 kgs, unos 10 metros sobre el suelo incrementa su energía potencia por una cantidad que es U = mgh = (1000 kg)(10m/s^2)(10m) = 100,000 Joules.

Poniendo este valor en la primera ecuación y resolviendo para I, obtenemos que magneto necesita una corriente de alrededor de 2900 amps, lo cual es sorprendente. 0.5 amperes pueden matar a una persona.


Batman

Sabemos que Batman no tiene superpoderes, pero en ocasiones los necesita, al menos de acuerdo a algunas hazañas que realiza. Por ejemplo, en algún momento Batman salta de la punta de un edificio con Kim Basinger a lo que parece ser una muerte segura. Su caída es minimizada por una cuerda totalmente inflexible antes de llegar al suelo. La cosa no es si llega o no al suelo. Si el tiempo que tarda la cuerda en llevarlo a tierra es el mismo que tarda en golpear el suelo, entonces la fuerza ejercida sobre Batman será la misma en cada caso:

F (cuerda) - mg = ma

Así pues, Batman llevó realmente a Kim Basinger a una muerte segura, o al menos, a un golpe digno de recibir atenciones en un hospital.

La mujer invisible

¿Puede ver el hombre invisible?

Uno de los superhéroes de los 4 fantásticos es la mujer invisible, que en le cine fuese personificada por la guapa Jessica Alba. He aquí lo que dice Yakov Perelman, en su libro Física Recreativa (editorial MIR), tomo II:

Si Wells se hubiera hecho esta pregunta antes de comenzar su novela, la extraordinaria historia de "El hombre invisible" no hubiera sido escrita. El poder ilusorio del hombre invisible queda anulado totalmente al llegar a este punto. ¡El hombre invisible tiene que ser ciego!
¿Por qué era invisible el héroe de la novela? Porque todas las partes de su cuerpo - y entre ellas los ojos - se hicieron transparentes y adquirieron un índice de refracción igual al del aire.

Pero recordemos en qué consiste el papel de los ojos. El cristalino, el humor acuoso y otras partes transparentes del ojo refractan los rayos de luz de tal forma que sobre la retina se obtiene la imagen de los objetos que se hallan fuera. Pero si la refrangibilidad del ojo y la del aire fueran iguales desaparecería el origen de la refracción, porque cuando la luz pasase de un medio a otro de igual refrangibilidad los rayos no cambiarían de dirección y, por lo tanto, no podrían converger en un punto. Los rayos de luz deben pasar a través de los ojos del hombre invisible sin encontrar ningún obstáculo, sin refractarse ni detenerse en ellos, debido a la falta de pigmentos y, por consiguiente, no pueden producir en su conciencia ninguna imagen.

Quedamos, pues, en que el hombre invisible no puede ver nada.. Esto hace que todas sus ventajas sean inútiles para él. El terrible aspirante al poder andaría a tientas, pidiendo limosna, que nadie le podría dar, puesto que no verían al pedigüeño. En vez del más poderoso de los mortales nos encontramos con un pobre inválido condenado a una existencia miserable.

14 comments:

Mayra said...

Saludos Sr Lopez.

Este es un tema muy interesante y por lo mismo me atrevo a recomendar el libro "DE King Kong a Einstein. La fisica de la ciencia ficcion" de editorial Alfaomega. Mas de 300 paginas de analisis de caso similares, con un toque de humor, es uno de los consentidos de mi coleccion

yo said...

Pufta! La física!
Dsd chavo me gustó hacer pasar rayos de luz x perfumeras de cristal de mi madre y ver como se desdoblaban en un arcoiris; enrollar alambre de cobre en clavos y colocar sus extremos en los de una pila, magnetismo y calor,,, ah viejos tiempos.

Los superheroes, supongo, no tienen células ni funciones como las de cualquier humano; por lo mismo no podemos inferir que sus órganos, aparatos y sistemas tengan la misma fisiología que nosotros los mortales terrícolas.

Chance y superman ni venas ni pulmones tenga, por lo mismo no tiene xq aguantarse la respiración; y así todos los demás.

Ojalá que algún equipo de investigadores algún día nos obsequie un metanálisis acerca de estos superhéroes y sus funciones vitales.

Heriberto said...

Estimado Manuel Lopez Michelone,
al leer el articulo concerniente a "La física de los superheroes", no pude resistir escribirle este breve mensaje.

Y el cual me hizo hacer memoria respecto a algún libro que leí. Hace algunos años en el 1999, salio a la venta un libro editado por Alfaomega titulado "De King Kong a Einstein. La física en la ciencia ficción" de los autores Jordi José Pont y Manuel Moreno Lupiáñez.

En el libro se tratan de una forma seria y con fundamentos físico-matemáticos, temas como: la física en los viajes de Gulliver, Enterprise, Halcón Milenario, Superman, Flash, Frankenstein etc. Quizás le pueda ser de utilidad para el programa de la Oveja eléctrica en donde colabora.

Si le interesa, le puedo mandar un archivo ZIP con el texto en PDF (Alrededor de 17 MB) o lo puede encontrar en ( http://taringa.net/posts/ebooks-tutoriales/1488356/De-King-Kong-a-Einstein_-La-f%C3%ADsica-en-la-ciencia-ficci%C3%B3n.html )

Consta de 6 capítulos titulados:
1 King Kong, hombres menguantes y universos en una gota de agua
2 Una odisea en el espacio: del Enterprise al Halcón Milenario
3 De Superman al hombre invisible: ídolos con pies de barro
4 ¿Sueña Frankenstein con ovejas eléctricas?
5 Leyendas de un planeta llamado Tierra
6 Guía para viajeros del tiempo

Espero le sean de alguna forma de utilidad.

Un cordial saludo,

un asiduo lector de su Blog.

Linus Ramírez said...

Saludos, Manuel. Te recomiendo hojear un par de libros que abundan más al respecto de tu excelente post:

The Physics of Star Trek de Lawrence M. Krauss, con prólogo de Stephen Hawking

The Physics of Superheroes de James Kakalios.

Linus.

Morsa said...

Yo,

la física funciona -en principio- igual en todo el universo. No importa si los superhéroes no tienen células como nosotros, finalmente están supeditados a las mismas fuerzas físicas y por ello se puede hacer el análisis de lo que es factible o no.

saludos
Manuel

Morsa said...

Gracias, Mayra,

Acabo de ver que Heriberto ha puesto el enlace a una página de donde se puede descargar el libro completo en pdf.

saludos
Manuel

Morsa said...

Gracias por el enlace, Heriberto.

saludos
Manuel

Morsa said...

Linus,

Cuando estuve buscando al respecto de este tema hallé que The Physics of Superheroes de James Kakalios, es el libro más mencionado.

saludos
Manuel

yo said...

En mi anterior comentario menciono que sería bueno que un grupo de expertos elaboren un metanálisis.

Análisis y metanálisis, un abismo muuuuy amplio y profundo de diferencia

X otro lado, ok correcto que la física es la misma en tooodo el universo, pero la química no; aquí en la Tierra abunda el silicio, el nitrógeno, oxígeno. En Júpiter abunda el amoníaco, etc., o sea, las concentraciones cambian, si bien la física de los átomos es la misma.

Supermán es del planeta Kripton y posiblemente respira éter cósmico x eso no aguanta la respiración al viajar entre los planetas y galaxias.

Sorry si ofendo a alguien, pero el tema y el 30 de abril abren el canal.

Cyberprimo said...

sin duda la fisica es un area muy interesante, y digamos que la fisica depende del planeta por que no es lo mismo la fueza de gravedad aqui en la tierra que en la luna o en jupiter, no es lo mismo la velocidad que se genera al mover un cuerpo en una atmosfera que en el espacio, y no es lo mismo varias cosas, recuerdo cuando estaba en mi clase de fisica y casi me sacan por decir eso XD

Por cierto me tomare la recomendacion del libro La fisica de la ciencia ficcion" de editorial Alfaomega no lo habia escuchado suena interesante, esperemos ver teorias como la de la relatividad igual y hasta termino creando mi propio superheroe u otro alterego jejeje XD

Saludos una joya este post

Morsa said...

Cyberprimo,

Sin duda la fuerza de gravedad es diferente dependiendo de qué planeta hablemos, pero la física es igual para todos. No importa si la estrcutura molecular de un superhéroe es diferente al de un ser humano, también está regido por las leyes de la física.

Así, por ejemplo, si Supermán puede volar, ¿de dónde saca la energía para eso? O si Stomr genera rayos, debe haber una fuente de energía para generarlos aunque su estructura sea totalmente diferente a la de un ser humano.

saludos
Manuel

sevichenko said...

Hola manuel, me gustaria saber si sabes de algun sitio donde conseguir en pdf el libro en español, en mi biblioteca no esta.
gracias!

Morsa said...

sevichenko,

No se, desafortunadamente, dónde conseguir ese libro. Yo tampoco lo tengo.

saludos
Manuel

Jose Gil said...

Tormenta no lanza rayos. Controla el clima de la Tierra entera. Por eso en la África marveliana es adorada como la diosa del clima. Cuando "lanza" rayos, realmente redirige un rayo desde el cielo hasta su enemigo