miércoles, 25 de noviembre de 2009

Altas temperaturas




Seguramente todo el mundo habrá oído hablar alguna vez de Blade, el caza vampiros híbrido entre vampiro y humano (también llamados “dhampiros”) creado por Marvel e interpretado en tres ocasiones (Blade, Blade II y Blade Trinity) por Wesley Snipes. Para el que no sepa de qué hablo, lo que me interesa de este curioso personaje es su forma de eliminar vampiros.

Como dice al principio de la segunda parte (Blade II), los crucifijos y el agua bendita no sirven, así que utiliza estacas de plata, balas de plata y, por qué no, una espada de titanio. En esta saga, cada vez que un vampiro es alcanzado por uno de sus estacazos, balazos o mandobles, se quema completamente, y por supuesto este efecto puede conseguirse con la luz del sol. Además, por ser Blade mitad humano, él no explota a la luz del Sol, y como es mitad vampiro, es fuerte, rápido, resistente, se cura en menos que canta un gallo…

Partiendo de eso, voy a analizar este oficio desde dos perspectivas diferentes: Primero, que los vampiros sean humanos normales que, por algún motivo, explotan al exponerse a la radiación solar, y segundo, que su calor específico es tan bajo que la radiación solar los quema. Para el primer planteamiento estudiaré la energía que les tiene que transmitir Blade para calcinarlos.



Lo primero será ver cómo llegar a la temperatura a la que el cuerpo humano se reduce a cenizas. Lo más fácil es aproximar esta temperatura como la de los hornos crematorios (como ya hizo un compañero en otro blog). Así, teniendo la temperatura (750 ºC) y el calor específico del ser humano adulto (3500 J / (Kg • ºC)), extraído del mismo blog), solo queda aplicar la fórmula que nos dice, en función de su masa (m) y su calor específico (Ce), la energía (en forma de calor, Q) que hay que suministrar a un cuerpo para aumentar su temperatura una cantidad de grados (T-T0):

Q=m•Ce•(T-T0)

Considerando un vampiro estándar (unos 80 kg de masa y 10 ºC de temperatura corporal, como dicen en Blade II) y sustituyendo todos los datos, obtenemos una energía de 2,072•109 J.

Independientemente de qué arma esté usando, asumo que esa energía que le transmite es, en un principio, cinética. Para el caso de la bala, ya que la dispara con una pistola, estimaré su velocidad en 390 m/s (la velocidad inicial de la bala más usada en pistolas), de modo que, conociendo su energía cinética, su velocidad y la densidad de la plata (10500 kg/m3), aplicando la fórmula para calcular la energía cinética de un objeto de masa m o, lo que es lo mismo, de densidad d y volumen V:

E=1/2•d•V•v2

Con estos datos he descubierto que Blade lanza balas de 2,6 m3 de volumen, es decir, esferas de plata de 17 m de diámetro. Eso sí que es un pistolón.



En caso de que estuviera usando su espada sin hacer ninguna floritura (que le gustan, y mucho), sino simplemente cortando en un movimiento circular uniforme, calcularé la velocidad tangencial a la que mueve el arma. Como, aunque la llaman espada todo el tiempo, se parece mucho a una katana, la aproximo como un cilindro de 2 cm de radio y 1 m de largo. Así, teniendo en cuenta la densidad del titanio (4507 kg/m3) y el volumen del cilindro en cuestión (1,25•10-3 m3), obtengo una masa para la espada de 5,66 kg, lo que, teniendo en cuenta que las katanas que usan los humanos son de 1 kg de masa, no parece gran cosa (la información sobre las katanas está sacada de aquí).

De nuevo aplico la ecuación de la energía potencial, y en este caso la espada se mueve con una velocidad tangencial de 2,7•104 m/s. Vamos, que esa espada ya te ha desguazado varias veces antes de que llegues a oírla. Por último, emplearé esta velocidad para estimar la fuerza que está soportando el hombro de Blade. Para ello, supongo que su brazo es el causante de la aceleración normal que hace posible ese movimiento, así que, estimando su longitud en 0,5 m (es que Wesley es bajito), solo hay que aplicar la fórmula:

an= v2/R

De ahí se sabe que la aceleración de ese movimiento es de 1,46•109 m/s2, es decir, que para un objeto puntual con la masa de esa espada, el hombro de Blade soporta una fuerza de 8,3•109 N. No sé yo si Superman perdería en una competición de lanzamiento de martillo contra Blade, a la vista de los datos.

Finalmente, podría estar usando sus estacas. Las emplea de dos formas a lo largo de las películas, o bien las dispara con una escopeta, o bien las usa con la mano. Es decir, cualquiera de las dos maneras se parecería demasiado a lo que ya he hecho para las balas y la espada, así que lo dejo sin calcular.



Para terminar, estudiaré el segundo caso, en el que los vampiros solo se parecen a los humanos en la forma. Como en cada película Blade está en un sitio diferente, voy a suponer una radiación solar en el lugar en el que se encuentra de 170 w/m2 (la media mundial). Esto quiere decir que, en un metro cuadrado de superficie, durante un segundo, se le proporciona a cualquier cosa que esté ahí una energía de 170 J. Como la combustión de un vampiro es instantánea, voy a suponer que solo hacen falta eso, 170 J para aumentar su temperatura hasta 750 ºC (aunque les suponga un calor específico diferente, les pongo la misma temperatura para quemarse, sí). Con estos datos, vasta aplicar la primera fórmula que escribí para obtener un Ce de 2,9•10-3 J/(kg•ºC). Es decir, lo más seguro es que solo el rozamiento con el aire elevase tanto su temperatura que no lo resistiesen.



Y con esto llego al final de la entrada. Para todos aquellos que no hayan tenido el placer de disfrutar de esta saga (yo, lo confieso, las disfruté las tres en mayor o menor medida), dejo un vídeo del principio de la segunda parte, en la que se carga, como puede intuírse, a Torrente.

domingo, 8 de noviembre de 2009

El niño que sobrevivió.




Hace unos días, mientras tratábamos el tema de los superhéroes en clase, salió Hancock. Bien, eso me recordó la escena de la película en la que coge a un niño y lo lanza al aire (la verdad es que se lo tenía merecido), volviendo al suelo el crío después de 23 segundos. Mi objetivo es analizar la altura que alcanza, la velocidad con la que lo han lanzado, y la energía que tiene justo antes de que Hancock lo vuelva a recoger (ileso, por supuesto). Para simplificar esta labor, ignoraré el rozamiento para todos mis cálculos.


El movimiento que describe el niño es uniformemente acelerado, así que las ecuaciones que emplearé para determinar su posición (h) y su velocidad (v), teniendo en cuenta que en el instante inicial considero su altura h0=0 y su velocidad v0 son:


v=vo-gt

h=vot-1/2gt2


Para empezar, veamos con qué velocidad lo lanzan. Como está 23 segundos en el aire, cuando llegue a su máxima altura habrán pasado 11,5 segundos, y su velocidad en ese punto será 0. Así, despejando:

v0=gt=9,8 m/s2 · 11,5 s=112,7 m/s


Desde luego, es una velocidad inicial considerable, la tercera parte de la del sonido en el aire. Sabiendo pues su velocidad inicial, el resto de cálculos no requieren más que sustituir los datos:


h=112,7 m/s · 11,5 s –1/2 · 9,8 m/s2 · 11,52 s2=648,025 m


Caerse desde esa altura viene siendo como si te tirasen desde la punta de la antena de no una, si no dos torres Eiffel (324 m aproximadamente) una encima de la otra. A lo mejor el guionista hizo eso a propósito, ya que el niño tiene un marcado acento francés.



Finalmente, para calcular la energía con la que llega al suelo, voy a utilizar la fórmula de la mecánica clásica, y teniendo en cuenta que en un lanzamiento vertical sin rozamiento la velocidad inicial tiene que ser la misma que la final, estableciendo como origen de potenciales el suelo, y estimando la masa del niño en unos 30 kg:


E=1/2mv02=1/2 · 30 kg · 112,72 (m/s)2=190520 J


Vale, Hancock es un superhéroe y para él una energía así no significa nada, pero… ¿por qué diablos el niño se va a casa llorando tan fresco? Al fin y al cabo, es como si acabaran de explotarle 45 gramos de TNT en el estómago (para entendernos, esto es lo que pasa si los pisas).


De cualquier manera, hay que reconocerle un mérito a la escena, y es que tiene en cuenta la aceleración de coriolis (la aceleración relativa que aparece cuando un objeto situado en un sistema varía su distancia respecto al centro de rotación, más información aquí). Y es que Hancock tiene que moverse para recoger al niño, a pesar de que lo ha lanzado en vertical. Lo curioso es que sabe exactamente dónde colocarse antes de verlo, lo que me lleva a pensar que u otro de sus poderes es el de los cálculos a gran velocidad, o está acostumbrado a lanzar cosas así.


Aquí dejo un vídeo de otras hazañas de Hancock que, aún siendo una fantasmada, tiene detalles que son de apreciar, como el hecho de que cada vez que sale volando destroza el suelo (solo en la primera mitad de la película, luego aprende a ignorar la ley de acción-reacción) o el ya nombrado efecto Coriolis.