El Corredor Escarlata y el agua

      En la última entrada analizabamos qué ocurria con el aire que rodeaba a Flash cuando corría. Pero, ¿cómo se comporta el agua? ¿Qué ocurre cuando Flash pasa a grandes velocidades sobre una masa de agua? ¿Es físicamente posible que Flash corra por encima de una masa de agua? Estas y otras preguntas serán resueltas hoy.

      Vamos a fijarnos primero en la Naturaleza. Existen algunos insectos que pueden moverse sobre la superficie del agua; de estos insectos el más famoso es el zapatero (Gerris lacustris), que llega incluso a pararse sobre ella en algunas ocasiones. Sus dos pares de patas poseen pelos hidrófobos, que forman una minúscula bolsa de aire sobre la superficie, manteniendo al insecto en flotación constante. Esto nos lleva al concepto de tensión superficial: el líquido tiene una resistencia a aumentar su superficie, y esta propiedad produce el fenómeno por el cual la superficie de un líquido tiende a comportarse como si fuera una película elástica.

Ejemplo de tensión superficial

       La explicación de este fenómeno radica en las fuerzas microscópicas que afectan a las moléculas. En el seno de un líquido todas las fuerzas se anulan entre sí, mientras que en la superficie hay una fuerza neta hacia el exterior del líquido. Otra forma de explicarlo es diciendo que una molécula en contacto con otra está en un estado menor de energía que si no estuvieran en contacto. Las moléculas interiores están en contacto con las máximas posibles, mientras que las de la superficie no; así, el líquido trata de disminuir su estado energético minimizando las partículas de la superficie, y de ahí la reducción del área hasta el mínimo posible.

      El zapatero puede mantenerse en la superficie porque se equilibra su peso con las fuerzas que presentan las moléculas del líquido, pero esto solo es posible porque su peso es muy pequeño, y por eso ni Flash ni nosotros mismos podemos mantenernos en reposo sobre un líquido (a excepción, claro, del agua del Mar Muerto, que por su elevada salinidad, y por tanto mayor densidad, ejerce un mayor empuje).

      Entonces, ¿cómo se explica que se pueda hacer esquí acuático? La diferencia es que para hacer esquí acuático estamos en movimiento, arrastrados por una lancha. Flash puede alcanzar esas velocidades por si mismo, y a las velocidades a las que corre el agua no es capaz de apartarse, formando una superficie "sólida". ¿Alguna vez os habéis tirado en plancha a una piscina? Porque si lo habéis hecho sabréis exactamente de qué hablo.

      Superado esto nos encontramos con otro problema. ¿Cómo adquiere Flash la cantidad de movimiento necesaria para continuar con su movimiento? Una de las posibles explicaciones es que se mueva de manera similar a la última explicación propuesta de por qué se lo hace el insecto antes mencionado, es decir, creando vórtices que se propaguen en la dirección opuesta al movimiento, y haciendo que por la tercera ley de Newton Flash adquiriera un empuje hacia delante.

      Y con esto, queridos lectores, termino nuestro pequeño monográfico sobre Flash. ¡Nos vemos!

El Corredor Escarlata y el aire

      Flash es un superhéroe creado por la empresa estadounidense "DC Comics". Como todos los superhéroes, tiene una habilidad especial, y la suya es su excepcional rapidez. En efecto, gracias a un accidente que, oh, novedad, incluye química y electricidad, Barry Allen adquiere superpoderes que le permiten correr a grandes velocidades.

      ¿Qué pasa con los alrededores de Flash cuando este corre? ¿Cómo se comporta el aire circundante?

      Comencemos diciendo que el aire es un fluido, y como tal, tiene densidad. Cuando Flash se mueve, mueve también el aire que le rodea, creando una región de menor densidad tras de sí. Esta zona puede considerarse, si comparamos su densidad con la densidad "normal" del aire, un vacío parcial. Si no hay nada que lo impida, el aire tiende a llenar este vacío, arrastrando consigo cualquier cosa que se encuentre en el camino. Cuanto más rápido corra, mayor será esta diferencia de presión, y por lo tanto mayor será el efecto que el aire tenga sobre los objetos.  Un ejemplo de este fenómeno se puede observar cuando un metro entra o sale de una estación y se crean corrientes de aire que mueven, por ejemplo, papeles o polvo que pueda haber en el suelo (a pesar de que el metro se mueva a velocidades relativamente bajas, este efecto se ve aumentado por el tipo de geometría del túnel). Para el caso de Flash, y dado que su velocidad es mucho mayor, el efecto será mucho más acusado, pudiendo incluso levantar a personas si corre en círculos. Bastante impresionante. ¿Quién hubiera pensado que esto era posible físicamente?

      Siguiendo con nuestro análisis, y dado que Flash alcanza velocidades altísimas alguien se podría preguntar qué pasa cuando nuestro amigo corre a velocidades cercanas a la del sonido. Es más, ¿qué pasa cuando realmente superamos esta barrera?

      Vamos a recordar algunas propiedades del sonido. Comencemos diciendo que éste es, nada más y nada menos, una perturbación en un fluido u otro medio elástico: sonido es cualquier fenómeno que incluya propagación de ondas elásticas, audibles o no, generadas por la vibración de un cuerpo cualquiera. En el caso de los sonidos que nosotros podemos oir, las ondas son transformadas por el oido en ondas mecánicas, que son luego percibidas por el cerebro. Estas ondas, como ya hemos dicho, necesitan un medio para propagarse; dicho de otro modo, lo que nosotros llamamos sonido no son más que variaciones de la densidad de un medio cualquiera, zonas de expansión y compresión; la distancia entre dos zonas comprimidas o expandidas en el medio y en una onda sonora se denomina "longitud de onda", que está intimamente relacionada con el tono que nosotros percibimos. En un medio como el aire, que comparado con otros tiene una densidad muy baja (hay grandes espacios entre una molécula y otra), es más difícil que estas variaciones se propaguen. Cuanto más denso es el medio, más rápidamente viaja el sonido.

      Una vez dejado esto claro, ¿qué pasaría si Flash se intentara comunicar con alguien a esa velocidad, o alguien quisiera decirle algo mientras corre? A las velocidades a las que se desplaza, su movimiento afectaría al tono que oiría. Imaginemos que alguien le dice algo. Ese sonido tiene una longitud de onda característica. Si Flash está corriendo en dirección al que habla, alcanzará una región comprimida del aire, pero la siguiente la alcanzará mucho antes de lo que lo haría si estuviera en reposo, haciendo que el sonido que percibe parezca de menor longitud de onda, y por tanto de una mayor frecuencia. Cuanto mayor sea su velocidad, más acusado será este efecto. ¿Os dice algo el efecto Doppler? Pues no es más que esto: el aparente cambio de frecuencia de una onda producido por el movimiento relativo entre la fuente, el emisor y/o el medio.

      Además de un efecto en el sonido, el correr a esas velocidades produce, como ya hemos dicho antes, variaciones de presión en el aire. Cuando un móvil se desplaza a velocidades inferiores a las del sonido, esas 

perturbaciones viajan más rápido que él y se dispersan sin problemas, pero cuando la velocidad es mayor que la del sonido, estas perturbaciones  no se pueden dispersar, y permanecen en la parte delantera, en forma de cono. Estas ondas, que no dejan de ser sonido, se proyectan en las llamadas "ondas sónicas". Ahora bien, la velocidad a la que éste se propague depende de la humedad, la temperatura y la presión del medio. Como esto varía según las condiciones, es decir, que la velocidad no es constante, suele emplearse el número de Mach. Este número es una velocidad relativa, la relación entre la velocidad de un objeto y la velocidad del sonido en ese mismo medio que estamos estudiando. Así, Mach 1 equivale a la velocidad del sonido, Mach 2 dos veces esta velocidad, y así sucesivamente. Hablar de las velocidades en relación al número de Mach nos ayuda a modelizar fenómenos sin importar del medio en el que se den.

Si Flash se moviera a velocidades subsónicas, menores de Mach 0.85, la única perturbación que se apreciaría sería en la estela que dejaría. Entre Mach 0.85 y Mach 1.3 aparecerían ondas de choque a medida que aumenta la velocidad. Además, cuando se supera Mach 1, las ondas de choque surgen en la parte delantera y trasera, propagándose en forma de cono, de menor ángulo cuanto mayor es la velocidad del móvil: a Mach 1 la onda es esencialmente un plano, a Mach 1.4 el ángulo es de 90º, a Mach 3.48 (unos 3030km/h) el ángulo es ligeramente menor de 50º.

Esto ha sido todo por hoy. Muchas gracias por vuestra atención y, como siempre, ¡nos vemos en los comentarios!

Ozymandias, veloz como las balas

      Tras unas semanas sin actualizar volvemos a las andadas, esta vez adentrándonos en el mundo de los cómics. Hoy, estudiaremos una escena concreta del cómic de Watchmen, y su personaje Ozymandias.

      
      Él es, supuestamente, el hombre más inteligente del mundo, pero además de eso tiene una sorprendente desenvoltura atlética que, según él, le permite coger una bala en movimiento, disparada por un arma, con sus manos desnudas. Efectivamente, esta habilidad le es muy útil en una parte concreta de la historia, donde Laurie Juspeczyk (Espectro de Seda II) le dispara con un revólver.

      Para quien no conozca la escena, os dejo aquí esa parte del cómic, además de la escena de la película:

      Pero, ¿es ésto realmente posible? ¿Puede una persona coger con la mano y sin daño alguno una bala en movimiento?

      Una bala disparada por un revólver o un arma similar se mueve, en el instante del disparo, a unos 340 m/s, así que si queremos cogerla bastaría con tener la misma velocidad que la bala, en magnitud, dirección y sentido. En estas condiciones, la bala estaría en reposo con respecto a nosotros y podríamos cogerla (protegidos con unos guantes, pues la bala incrementa enormemente su temperatura debido al rozamiento con el aire). El problema es que, en el cómic, Ozymandias no está en movimiento, sino que está parado, así que , suponiendo que la bala tiene una masa aproximada de m= 8 gr y que lleva la velocidad antes mencionada de v=340 m/s, su mano desnuda tendría que soportar una energía de:

Ec = (1/2)*m*v² = (1/2)*8*10^-3*(340)² = 924.8 Julios

      Además, teniendo en cuenta que en el momento inicial del choque se conserva el momento cinético, podemos calcular la velocidad a la que se movería la mano en dicho instante. Siendo M=0.5 Kg la masa de la mano y V la velocidad que adquiere, tenemos:

m*v = (M+m)*V => V = (m*v)/(M+m) = 5.35 m/s

      Con todo, la manera más fácil de coger la bala sería la primera: estar a la misma velocidad que la bala. Ha habido, de hecho, algún caso en el que alguien lo ha conseguido: según la prensa de la época, durante la Primera Guerra Mundial un aviador francés, que volaba a unos 2 Km de altura, se dio cuenta de que junto a su cara se movía un objeto pequeño. Pensando que se trataría de un insecto, lo cogió con un ágil movimiento de la mano. Se llevó una gran sorpresa cuando se percató de que lo que tenía en su guante no era sino ¡una bala de un fusil alemana! ¿Cuál es la explicación para esto? Veréis, las balas no viajan todo el tiempo a la velocidad a la que se disparan: tienen una energía inicial, que se va perdiendo en forma de calor a medida que la bala roza con el aire. Antes de empezar a caer, alcanzan una velocidad de unos 40 m/s, factible para los aeroplanos de aquella época. Por consiguiente, el aeroplano y la bala podían haber estado volando a la misma velocidad, resultando esta última inmóvil o prácticamente inmovil con respecto al piloto, resultandole fácil cogerla.