Viajes espaciales

Todos hemos visto alguna película donde salían viajes espaciales, ya sea Star Wars, Star Trek o alguna de viajes a Marte. Yo hoy hablaré de los problemas que pueden surgir en el supuesto caso de que hagamos un viaje a otro planeta fuera de nuestro sistema solar.
Lo voy a dividir en partes, una por cada problema que se me ha ocurrido.

1.- Distancia:

La estrella más cercana al nosotros (descontando por supuesto el Sol) está situada a 4,22 años luz de la tierra. Lo cual equivale a 4*10^13 kms de distancia. Ya yendo a la mitad de la velocidad de la luz tardariamos casi 8 años y medio en llegar. Tendríamos que llevar comida para 8 años y medio por persona y oxígeno suficiente para ese tiempo. Aparte que no hay ser humano preparado para estar 8 años en el espacio. Debe ser desquiciante.

2.- Infraestructura de la nave:

Hemos visto la enorme distancia que nos separa de las estrellas mas cercana (qué decir en el caso de que quisieramos ir a otra galaxia). La nave tendría que ser capaz de llevar la carga que supondría toda esa cantidad de sustento y a parte el combustible para el viaje.
Por ejemplo según wikipedia (ver enlace) una persona tiene un volumen minuto respiratorio de 6 litros. Eso quiere decir que una persona consume 6 litros de aire por minuto. Pongamos que al respirar oxígeno solo eso se reduzca a un litro. Entonces para estar 8 años en el espacio necesitaríamos tantos litros de oxígeno como minutos en 8 años es decir más de 4,2 millones de litros de oxígeno por persona. Y eso contando solo con el oxígeno justo y con que a la llegada a nuestro destino se puede rellenar oxígeno.

Y esto con el oxígeno, ¿qué pasaría con el agua? El ser humano requiere solo para sobrevivir alrededor de un litro al dia de agua por tanto para 8 años necesitamos 2920 litros de agua potable por persona. Eso sin contar el resto de necesidades básicas: lavarse, afeitarse...

3.- Combustible

Todo viaje necesita combustible. Vamos a suponer que salimos ya directamente desde el espacio. Para tardar solo 8 años tendríamos que acelerar la nave hasta 0,5*c. Pero eso tampoco se puede hacer de golpe ya que el ser humano no es capaz de resistir presiones demasiado altas. Para minimizar los daños en el ser humano vamos a suponer que tenemos una aceleración constante de g (9,8 kg*m/s^2)
Sabemos por las leyes de Newton que v=a*t entonces
v=0,5*c=150 000 km/s=150 000 000 m/s
a=9,8 kg*m/s^2
Por tanto t=v/a=15 000 000 s=173 días

Eso significa que estaríamos 173 días (casi medio año) con los motores encendidos (y por analogía para frenar la nave deberemos estar otros 173 días frenando así que al final sería casi un año con los motores puestos. No me quiero ni imaginar el gasto de combustible que implica esto.

La energía más productiva que existe es la antimateria. Un transbordador pesa unos 2 030 toneladas (ver enlace). Entonces pongamos que una nave que tenga que estar 8 años viajando tenga 3 000 toneladas (siendo optimistas yo creo).
Entonces la energía cinética que llevaría esa nave sería de E=1/2*m*v^2
Como m=3 000 000 kg y v=0,5*c entonces E=3,375*10^22 J
Veamos la cantidad de materia-combustible que necesitaríamos: Sabemos que E=mc^2
Entonces 1/2M*v^2=mc^2 y como v=0,5 c nos queda que m=1/8*M es decir un octavo de 3 000 toneladas pasando a kilos serían 187500 kg de materia y otros tantos de antimateria.



Mi conclusión es que mucgo tiene que cambiar la tecnología para que los viajes espaciales sean una realidad.

Reed Richards alias Mr Fantastico

Información del personaje: Mr Fantastico

Se dice que Reed puede estirar su cuerpo a voluntad. ¿Cómo podría hacerlo? Lo primero que se me ocurre es que pueda reestructurar las celulas de su cuerpo. Esta opción tiene, entre otras muchas, la pega que las neuronas n0o podrías reestucturarlas (al menos no de cualquier manera).

Segunda idea: todas sus celulas se hacen flexibles tambien a voluntad (ya que sino no se podría mantener depiés. Para hacernos una idea todo su cuerpo seria como un fluido envuelto por un recubrimiento y además ese recubrimiento tendría "memoria" y ademas el fluido podría convertirse parcial o totalmente en sólido. Además tiene capacidad de cambiar su volumen como se ve en la imagen siguiente:



¿Podría volar Mr Fantástico?
Obvio que si, bastaría que su densidad se hiciese menor que la del aire. Si suponemos que Mr Fantastico pesa unos 80 Kg y la densidad del aire a 25 ºC es de 1.18 kg/m^3 bastaría con que Reed aumentase su volumen hasta 80/1.18=67.8 m^3. Casi nada.

¿Qué más cosas podría hacer?
Podría convertirse en cualquier persona cambiandose la cara y su cuerpo, hablar con la voz que quisiera sin mas que estirando o encogiendo sus cuerdas vocales, pasar por cualquier rendija, además de golpear con una fuerza increible...

Unos poderes bastante grandes.
Hasta parece capaz de aumentar su masa como se ve en la imagen de abajo, (o eso o se pone los musculos para acojonar)


Aunque como sea capaz de aumentar su masa ya sería el no va más de los superhéroes, (el tema del cambio de masa lo explique en la priemra y segunda entrada)

Un saludo

Johnny Storm alias La Antorcha Humana

Información del personaje: La antorcha humana

La pregunta más obvia que nos viene a la cabeza después de observar sus poderes es ¿de dónde sale la energía?

Se dice que Johnny es capaz de alcanzar el "estado nova" y alcanzar temperaturas de más de un millon de grados. Pongamos que la temperatura en el cuerpo de Johnny es constante en todo su cuerpo. Dejando aparte las imposibilidades biológicas, y suponiendo que todo el cuerpo humano fuese agua, para subir a un millón de grados la temperatura del cuerpo humano se necesitarían 7,5*10^10 J.

Merece especial mención el cómic de los 4F del cual saque estas imágenes:

Se ve como la antorcha humana congela la sala "absorviendo el calor del medio", violando la física de una forma tremendamente clara.

Un saludo

Susan "Sue" Storm alias La Chica Invisible

Información del personaje: La Chica Invisible




Voy a hacer un breve resumen de sus poderes:

• Sue se puede volver invisible mediante la desviación de la luz.
• Sue también puede generar mentalmente campos de fuerza, que ella manipula para una variedad de efectos:
  • Genera campos invisibles indestructibles, por el cual ella lo utiliza como un escudo y la protege por cualquier ataque.
  • Puede expulsar su campo de fuerza y golpear cualquier objeto.
  • También puede usar su campo, para contener objetos o elementos, como el fuego, el agua, la tierra. O simplemente a una persona.
  • Puede también usarlo para formar objetos o materiales de construcción como barreras, columnas, conos, cilindros, dardos, discos, bóvedas, plataformas, espolones, rampas, diapositivas y esferas.
  • También puede usarlo para mover o levitar objetos o personas.
  • También puede generar una placa de su campo de fuerza y utilizarla para poder volar

Vayamos por partes. El primer punto dice que se puede volver invisible mediante la desviación de la luz. Lo cual me hace pensar en 2 preguntas distintas.

La primera sería la cuestión de cómo desvía la luz. Una teoría que leí es que "curva mentalmente la frecuencia" (ver apartado de invisibilidad). La verdad es que no entiendo como se puede curvar la frecuencia xD. Supongo que el autor querría referirse a que desvía la luz mentalmente. El problema es el cómo se puede desviar la luz. Aparte que para que fuese totalmente invisible tendría que desviarla y después volverla a desviar otra vez para que la persona viese lo que Sue tiene detrás suyo.
Sobre este tema he leído que la masa curva el espacio y por tanto la luz también, pero esa curvatura "atrae" a la luz y Sue parece que la repela. La verdad es que no tengo ni una idea de cómo se puede curvar la luz.

Siguiendo con los fantásticos poderes de Sue, dicen que puede generar campos de fuerza.
Muy bonito pero me gustaría saber qué diablos es un campo de fuerza.Una de las pocas cosas que se de física es que hay 4 tipos distintos de fuerzas: gravitatoria, nuclear fuerte, nuclear débil y electromagnética. De esas 4 la única que puede ser repulsiva es la electromagnética. Cabría esperar que si los campos de fuerza que crea Sue es de uno de estos 4 sea de este último tipo de fuerza. El problema está en que esta fuerza solo actúa sobre cuerpos con carga eléctrica.

Dejando por tanto la imposibilidad de conocer la naturaleza de esta fuerza, pasamos a un 2º problema: ¿de dónde sale esa fuerza?
Porque esta fuerza no es pequeña como podemos ver en la siguiente imagen



Lo que se ve en las imágenes es a la Chica Invisible conteniendo una explosión de una bomba gamma que se supone que es la más poderosa bomba creada por el hombre. La bomba más potente detonada por el hombre fue de 50 Mt. Un megatón esquivale a 4,18×10¹⁵ julios. Por tanto nos sale una bomba del orden de 10²⁰ julios. Casi nada. Suponiendo que la boba gamma sea aún mas potente no me quiero ni imaginar cómo se puede contener toda esa energía.

Un saludo

Ben Grimm alias La Cosa

Informacion del personaje: La Cosa



Vamos a analizarlo desde el punto de vista riguroso.
Según la "versión oficial" :"Ben posee fuerza, durabilidad y resistencia sobrehumanas, todo esto debido a que la tormenta de rayos cósmicos aumentó la densidad y resistencia de sus huesos, músculos, piel y órganos internos." (ver wikipedia).

Ben tiene un peso de unas 500 libras (ver enlace) que vienen a ser unos 227 kilogramos y es capaz de levantar edificios como se ve en las imágenes siguientes:




No tengo ni idea lo que puede pesar un edificio pero lo que tengo claro es que mucho. Podemos estimarlo usando lo que comúnmente se llama problema de Fermi. Podemos suponer que todo el edificio esta hecho de ladrillos, cuya densidad es más o menso 2 g/cm^3, y que el edificio tiene forma cúbica de 10 metros de arista. Entonces tendríamos que Ben Grimm es capaz de levantar sobre sus espaldas 2.000 toneladas. No está nada mal. Habría que mirar si las baldosas que tiene bajo sus pies resisten tan bien la presión como sus rodillas.

Supongamos que los pies de Ben tienen entre 0.5 metros cuadrados cada uno de superficie. Entonces el suelo está soportando una presión de aproximadamente 19.600.000 Pa (la presión es F/S). Para hacernos idea de la magnitud de esa presión basta notar que una persona de tamaño medio tiene un pie de o.o3 metros cuadrados y un peso de 70 kilos, por tanto ejerce una presión de 70*9.8/0.03=22.867 Pa.
Otro ejemplo: 19.600.000 Pa es como si golpeases un clavo de 0.1 mm con una fuerza de 196 Newtons.

Un saludo

Mega entrada: Los 4 fantasticos

Perdon por haber estado tanto tiempo sin comentar nada, pero he estado preparándome para esta megaentrada sobre los 4 fantásticos (básicamente leyendo comics, pero bueno).

Esta entrada contará con 4 posts donde desgranaré uno a uno a los 4 fantásticos. Por orden hablaré de:

• Ben Grimm (La Cosa)
• Johny Storm (La Antorcha humana)
• Sue Storm (La Chica invisible)
• Reed Richards (Mister Fantástico)

Hablaré sobre todo de los comics ya que en el cine, como ya sabemos todos, los guionistas no se pueden calificar de rigurosos desde el punto de vista científico.

Un saludo a todos y que os guste

Superhéroes

Vamos a entrar en el jugoso tema de los superheroes. Digo jugoso desde el punto vista del análisis de lo que hacen desde el punto de vista de la física. Este tema daría una entrada del blog por cada superhéroe como mínimo, pero vamos a centrarnos en un par de ellos.

En esta entrada voy a hablar de Magneto. No voy a hablar de su historia ni de sus poderes ya que supongo que los conoceis, y en otro caso os envio a wikipedia: http://es.wikipedia.org/wiki/Magneto_%28personaje%29.




La escena que voy a comentar es esta que hay aquí arriba: Magneto levantando el puente Golden Gate. Dicho puente según wikipedia tiene 2.7 km de longitud y 28 m de anchura. El peso buscando en otra fuente lo estimaban por 80470 toneladas (ver enlace).

Por tanto tenemos a magneto levantando el puente y llevandolo sobre las aguas hasta la isla de Alcatraz.
La distancia desde el puente a Alcatraz la he estimado por 4.5 km usando el mapa de google.

Se supone que Magneto levanta el puente con sus poderes magnéticos, sin embargo los imanes más potentes existentes solo pueden hacer levitar a pequeños seres vivos como saltamontes.
La pregunta sería, ¿ese campo magnético que genera Magneto, no haría levitar a los mutantes que van con él el el puente?

Un saludo

Cosas pequeñas

En el primer post he hablado sobre como es físicamente imposible que cuerpos grandes (King Kong en este caso) realizasen algunos movimientos.

En este post voy a hablar de qué pasa cuando reduces a un ser humano.

El universo de la ciencia ficción está plagado de personas que disminuyen (desde los protagonistas de películas como El increible hombre menguante, Un viaje alucinante, El chip prodigioso, ... hasta superheroes como Ant-man y Wasp en Marvel).

Para empezar nos encontramos ya un problema enorme: ¿cómo?
Hay dos tipos de formas de hacerlo: con reducción de masa o sin reducción.
Si la masa no se reduce la densidad del cuerpo aumenta como el inverso del cubo. Y en el caso que si la haya tendríamos que ver que pasaría con esa energía.

Como ilustración veamos con un programa en Java que pasaría en ambos casos. Además he añadido la frecuencia de voces que seríamos capaces de emitir.

Instrucciones: donde pone escala hay que poner el número de veces que SE REDUCE el cuerpo y en m0 la masa del cuerpo que se reduce. Se le da a enter y aparece en rojo, primero la densidad del cuerpo en el caso que su masa quedase constante, más abajo la energía que se produciría si la densidad se mantuviese constante y la masa se transformase en energía.

codebase="./"
archive="descinst.jar,http://recursostic.educacion.es/descartes/web/plugin/descinst.jar"
MAYSCRIPT>


























Esta unidad interactiva requiere la máquina virtual de Java J2RE.


Eso es todo. Espero los comentarios

King Kong y la ley de la escala

Preparando mi primera entrada en el blog decidí ver la última película de King Kong. Esta última versión está dirigida por el conocido director neozelandés Peter Jackson, famoso por las entregas del Señor de los Anillos.

Nunca había visto ninguna película de King Kong y la verdad es que no me defraudó: aventura, acción, drama...
Lo que si que eche de menos fue un poco de fiabilidad científica, os voy a explicar porqué.

Antes que nada voy a definir las herramientas y leyes que voy a utilizar:

• Ley de la escala (o del cuadrado-cubo): viene a decir que si un cuerpo aumenta x veces, su superficie aumenta n^2 y su volumen n^3.
• Fuerza relativa (de un cuerpo): fuerza max que soporta el cuerpo/peso del cuerpo.
• Factor de escala: nº de veces que es aumentado un cuerpo.
  

Vamos a suponer que King Kong es un gorila gigante, es decir, que su constitucion es similar a la de los gorilas salvo por el tamaño (a efectos prácticos esto significa que la densidad de King Kong es igual a la de cualquier gorila).

Los gorilas machos tienen un tamaño de entre 1.65-1.75 m y un peso de 140-200 kg (para simplificar los datos supongamos que los gorilas miden 1.75 y pesan 180 kg).

Por los datos facilitados en la película se puede estimar el tamaño de King Kong como de unos 7 metros, lo cual nos da un factor de escala de 4 (7/1.75). Esto significa que, por la ley de la escala, el volumen de King Kong (y por tanto el peso ya que la densidad se considera constante) es 4 al cubo veces mas, es decir 64 veces mas. Lo cual nos da un peso de nada menos que más de 11.5 toneladas.
Vaya gorila que se mueve con una agilidad pasmosa para pesar la barbaridad que pesa.


Por tanto tenemos un gorila con la friolera de 11.5 toneladas que se pone de pies sobre 2 patas lo cual implica que la fuerza relativa de King Kong es mayor que 1.

Ahora para aproximar mejor la fuerza relativa de King Kong veamos el vídeo siguiente:
http://www.youtube.com/watch?v=4nokqUmdT7Q&feature=related

Se puede ver en el segundo 48 como nuestro amigo el gorila levanta con un solo brazo a una especie de T-Rex. Más o menos el peso de un bicho de esos de tamaño pequeño-medio puede ser de 5 toneladas (http://amazings.es/2010/09/24/el-tiranosaurio-rex-y-el-grave-error-prehistorico-de-steven-spielberg-en-parque-jurasico/) por tanto Kong puede aguantar sus 11.5 toneladas de peso mas 5 más del bichito ese.
No sabemos cual es la fuerza máxima que podría llegar a soportar así que vamos a suponer que es esa. Nos daría una fuerza relativa de (11.5+5)/11.5=1.4.

Ahora bien, ¿de qué depende esa fuerza máxima que es capaz de soportar un individuo? Es lógico pensar que dependerá de los huesos y de los músculos, más concretamente de la superficie de ellos. Entonces vamos a pasar los datos que tenemos de King Kong a un gorila normal. Tenemos que la fuerza relativa de alguien es fuerza que puede soportar (proporcional a la superficie de los huesos y músculos) /peso del individuo (proporcional al volumen ya que se mantiene la densidad). Esto nos da que si King Kong disminuye 4 veces de tamaño, aumentará 4 veces su fuerza relativa.

Entonces si King Kong solo fuese un gorila gigante nos encontraríamos que los gorilas normales tendrían una fuerza relativa de 1.4*4=5.6. Esto significaría que un gorila normalito de 180 kg podrá levantar objetos de peso 1 tonelada. Una barbaridad.

Antes de acabar me gustaría hacer una reflexión. En la última escena de la película, King Kong se cae desde el Empire State Building. ¿Qué le pasaría a un cuerpo de 11.5 toneladas si cae en caída libre desde una altura de 400 y pico metros? Ahí lo dejo.