domingo, 31 de enero de 2010
Hasta luego, Luna.. (bis)
Había calculado que la nave alcanzaba una velocidad de 5'5·10^12 m/s, con una energía cinética de 1'52·10^30 J.
En la reacción de fisión nuclear, dos átomos de hidrógeno (o más bien un deuterio H2 y un tritio H3) se fisionan para formar uno de helio, liberando una energía de 14 MeV (megaelectronvoltios) y un neutrón. Por tanto me sale una cantidad de hidrógeno de:
1'52·10^30 J x (1 eV)/(1'6·10^-19 J) x (1 MeV)/(10^6 eV) x (2 átomos H) x (14 MeV) x (1 mol H)/(6'022·10^23 átomos H) = 2'25·10^18 mol hidrógeno necesitamos.
Si consideramos al hidrógeno como un gas ideal, a temperatura ambiente (298K) y presión atmosférica (1atm), tendríamos un volumen de hidrógeno de:
pV=nRT -> V = (2'25·10^18 x 0'082 x 298)/1 = 5'51·10^19 L.
Ahí es nada. Veamos la presión a la que se tendría que almacenar para que ocupara un volumen algo más lógico, digamos unos 100 metros cúbicos (10^5 L):
p = (2'25·10^18 x 0'082 x 298)/10^5 = 5'5·10^14 atm.
Esto no me lo creo ni aunque intervenga Superman. Lo siguiente que se me planteó con todo esto es ver la cantidad de agua que habría que electrolizar para obtener ese hidrógeno (porque es la manera que me enseñaron para obtener hidrógeno gas, no es tan fácil cogerlo de la atmósfera, hay bastante poquito por aquello de que es muy pequeño y se escapa y esas cosas).
En la reacción de electrólisis del agua, una molécula de agua se descompone en una de hidrógeno gas y media de oxígeno gas (vamos que se necesitan dos de agua para formar una de oxígeno).
2H2O -> 2H2 + O2
Si teníamos 2'25·10^28 moles de hidrógeno, para obtenerlos necesitaremos el mismo número de moles de agua. Voy a calcular el volumen de agua líquida que gastaríamos en el proceso:
2'25·10^28 mol H2H x (18g H2O)/(1 mol H2O) x (10^-3 L H2O)/(1g H2O) = 4'05·10^16 L H2O
Y nos hemos quedado sin agua en la superficie terrestre. Un plan maestro. Creo que lo voy a dejar aquí...
domingo, 24 de enero de 2010
Hasta luego, Luna..
La primera, que la Tierra nunca hubiese tenido un satélite. Esta opción no me pareció especialmente interesante, porque supongo que la propia naturaleza se habría encargado de estabilizar a la Tierra de alguna otra forma.
La segunda, que la Luna hubiese dejado de orbitar alrededor de la Tierra por alguna razón. Dentro de esto, lo que me costaba menos imaginar era que el desastre se debiera a algún tipo de error humano totalmente absurdo (nada normal conseguiría algo así, pero bueno, para eso se llama ciencia ficción). Así que me inventé una nave espacial megapotente que chocase con la Luna.
Aquí, otra vez, podían pasar dos cosas: que cambiase la trayectoria de la órbita lunar, o que la desintegrase (me valdría que la rompiese en cachitos, pero ya que estamos...). La segunda me pareció todavía menos plausible, así que me decanté por la primera. Pero el otro día, en clase, comentamos la cantidad de energía que se necesitaba para desintegrar totalmente un planeta (o un astro en general), y me planteé la pregunta: ¿a qué velocidad tendría que ir mi nave espacial para desintegrar la Luna por completo?
Empezaré calculando la energía que se necesita para desintegrar a la Luna. Esta es igual que su energía potencial en la superficie:
Ep = G · M^2/R
Como G=6'67·10^(-11) Nm^2/kg^2, M=7'35·10^22kg (masa de la Luna) y R=2'37·10^5m (radio medio),
Ep=1'52·10^30 J
A partir de esta energía voy a calcular qué velocidad tendría que llevar el cohete en el momento de la colisión para tener esa energía, suponiendo que toda la energía que tiene el cohete es cinética:
Ec = 1/2 m v^2
Le pondré al cohete una masa de unas 100 toneladas, osea 10^5kg.
1'52·10^30 = 1/2·10^5 v^2
v=5'5·10^12 m/s.
Vale, con razón me parecía un poco inviable de primeras... pero siempre está bien hacer las cuentas para asegurarse.
domingo, 10 de enero de 2010
Miau
Catwoman es una chica que tiene habilidades gatunas. Todos hemos visto a gatos que miden 40cm saltar muros de metro y medio sin despeinarse. El equivalente en una chica que medirá poco más de metro y medio sería saltar unos cuatro metros. Sin embargo, Catwoman salta mucho más que eso, y además se queda pegada a la pared y escala (gracias, me imagino, a sus garras de diamantes), cosa que tampoco les vi hacer a muchos gatos. Pero bueno.
Cuando empieza a darse cuenta de sus nuevos superpoderes, la chica gato esta pega un salto desde la calle hasta la ventana de su casa, que estará a unos 30 metros sobre el suelo. Hizo alguna barbaridad más notoria a lo largo de la película, pero ese salto me pareció bastante apropiado para estudiarlo con detenimiento.
Voy a calcular la fuerza que tiene que hacer Catwoman para saltar 30 metros en vertical. Para esto, hallo primero la velocidad mínima con la que tiene que empezar a moverse.
x(t)=x(0)+v(0)·t+(1/2)·a·t^2
Siendo x(0)=0, x(t)=30m y a=g=-9'8m/s^2, 30=v(0)·t-4'9·t^2
La segunda ecuación del sistema será la de la velocidad: v(t)=v(0)+a·t^2
Siendo v(t)=0, ya que la velocidad mínima para que alcance los 30m de altitud corresponde a llegar a la altura máxima con velocidad cero, tenemos: 0=v(0)-9'8·t -> v(0)=9'8·t
Sustituyo en la primera ecuación: 30=9'8·t^2-4'9·t^2=4'9·t^2
t^2=30/4'9=6'12, t=2'47s (no cronometré el tiempo que tardó en saltar en la peli y no encuentro vídeo de ese salto en Youtube, no sé si se ciñeron a eso)
v(0)=9'8·2'47=24'2m/s.
Ahora que ya tengo la velocidad, calculo la fuerza según la segunda ley de Newton, considerando que el impulso es constante.
F=dp/dt, supongo que se está impulsando durante un segundo antes de saltar.
Supongo también que antes de impulsarse si momento lineal P es nulo porque está quieta, y le pongo una masa de 50kg. Con esto calculo la variación de p=m·v=24'2·50=1212'2kg·m/s.
F=1212'2/1=1212'2N.
No era la fuerza que hacía Superman con el diamante, pero tampoco está mal. Lo mejor es que, si realmente pudiera ejercer esa fuerza, no le costaría nada tampoco levantar a dos personas de 60 kilos a la vez, y sin embargo cuando se enfrenta a su "novio" forcejea y le cuesta librarse de él, igual que cuando lucha contra la bruja de las cremas faciales.
Así que mi conclusión es que Catwoman no aprueba un examen de física.
lunes, 7 de diciembre de 2009
la química de las bombas
Voy a usar como excusa una de las escenas de El Hombre Sin Sombra, en la que Sebastian, ya totalmente desquiciado y decidido a matar a todos sus compañeros del laboratorio, coge una botella de tamaño descomunal de ácido sulfúrico (a lo que acompaña música catastrofista de "malo malísimo está tramando un plan malévolo"), mezcla un poco con otros productos químicos, lo tira al suelo y produce una gran explosión que se carga medio laboratorio. Después de eso prepara una mayor cantidad de su mezcla suprema con la malévola finalidad de cargarse el edificio entero, y pone un temporizador para intentar escapar él y de paso hacerlo mucho más interesante.

Como vemos en su fórmula molecular, la nitroglicerina no está compuesta de azufre, lo que hace realmente el ácido sulfúrico es actuar como medio de reacción (lo que los químicos llamamos medio ácido o básico, según el tipo de reacción que sea se lleva a cabo mucho más fácilmente en uno u otro medio). Teniendo un exceso de H2SO4 (sulfúrico) y cantidades apropiadas de nítrico (HNO3) y glicerina o 1,2,3-propanotriol (C3H8O3), la reacción que se produce es la siguiente:
3 HNO3(ac) + CH2OH-CHOH-CH2OH(l) -> NO3CH2-CHNO3-CH2NO3(l) + 3H2O(l)
La nitroglicerina, o 1,2,3-trinitropropano según la IUPAC, es una sustancia líquida a temperatura ambiente que, como ya he dicho antes, es muy sensible a cualquier movimiento, y además esta sensibilidad aumenta con la temperatura. De hecho, cuando alcanza su llamada temperatura límite (41ºC, poco más que la temperatura ambiente), produce una reacción altamente explosiva:
4C3H5(NO3)3(l) -> 12CO2(g) + 10H2O(g) + O2(g) + 6N2(g)
Que una reacción química sea explosiva no significa otra cosa que ser altamente exotérmica, esto es, desprende una gran cantidad de calor. Hay muchas otras reacciones químicas con esta propiedad, como la mezcla de metales alcalinos con agua (abajo os dejo el link para que os deleiteis), o la mezcla de gas F2 con casi cualquier compuesto orgánico.
Todas estas reacciones altamente exotérmicas son, obviamente, más explosivas cuanta mayor cantidad de materia reaccione. Por eso, a pesar de lo potente que es esta reacción, me siguen quedando dudas acerca de si realmente este personaje podría ser capaz de hacer al laboratorio entero saltar por los aires con ocho botecitos de nada llenos de nitroglicerina. Por mucho que les quiera dar vueltas para que choquen, la materia es la que hay, y la explosión que se produce en la peli es realmente espectacular. Más me inclino a pensar que, a pesar de estar basada en principios científicos válidos, hayan exagerado un poquito los efectos de la explosión. Pero bueno, me imagino que habrá que perdonárselo teniendo en cuenta que la peli está plagada de cosas bastante menos creíbles, como, para empezar, el hecho de que hayan sido capaces de volver a un hombre totalmente invisible.
Termino con lo prometido...
http://www.youtube.com/watch?v=pyy8cKpXkPo
viernes, 6 de noviembre de 2009
Menuda joya...

Un estado metaestable en química es, por así decirlo, el equivalente de un punto de equilibrio inestable en física. Esto es, un ligero cambio en las condiciones (en este caso presión y temperatura) pueden provocar un cambio en el sistema hacia la fase más estable. El proceso de transformación de carbono en grafito es espontáneo. Sin embargo, no se ha dado ningún caso hasta el momento de ningún millonario de turno que se haya comprado un diamante y se haya encontrado un cacho de mina de lápiz un día en el cajón, así de repente. Esto se debe a que la energía de activación de este proceso es extremadamente alta, tanto que, a pesar de ser espontáneo, el proceso es tan sumamente lento que no es observable a escalas temporales de una vida humana.
Esta energía de activación depende únicamente de la temperatura, a temperaturas más altas habrá una mayor proporción de partículas que superen esta barrera energética y pasen de un estado a otro (en el sentido espontáneo si no hay agentes externos que modifiquen el sentido de la reacción).
Ahora bien, las cosas cambian cuando nos encontramos a un agente externo, y no a un agente externo cualquiera, sino al señor Superman, que coge un puñadito de carbón de una mina, aprieta muy fuerte y en unos segundos saca un diamante perfectamente pulido de un tamaño más que respetable.
Analicemos. Volviendo a mirar el diagrama de fases, considerando que la temperatura sigue siendo todo el rato la ambiental, vemos que se alcanza la línea de equilibrio grafito-diamante a una presión de aproximadamente 20kbar. Es decir, unas 15000atm. 15000 veces la presión atmosférica al nivel del mar. Poniéndole al diamante una superficie de unos 6cm2 (que ya tiene que ser grande el diamante de las narices), me sale una fuerza de...
15000atm x 6cm2 x (101300Pa/1atm) x (1m2/10000cm2) = 911700N.
Como si levantas un autobús de casi 100 toneladas y te pones a hacer pesas. Pero bueno, sabiendo lo que hay en otros momentos estelares de las pelis de Superman, nos lo creemos. Es capaz de provocar ese aumento de presión, modifica el sentido de la reacción, crea unas condiciones en las que es posible termodinámicamente convertir el grafito en diamante.
Recalco el “termodinámicamente”. Aquí es donde nos surge verdaderamente el problema. La cuestión es que, en un proceso como éste, influyen dos factores: el termodinámico y el cinético. El primero nos indica si el proceso es posible o no (y ya hemos visto que, si nos tragamos la superfuerza, es posible), pero no nos dice nada de la velocidad de la reacción. Esta velocidad viene determinada por una constante, que sacamos de nuestra famosa ecuación de Arrhenius k = Ae^(-Ea/RT). De aquí se deduce fácilmente que, a mayor energía de activación, menor constante de velocidad.
Igual entre los poderes de Superman está el de pulsar el botón de fast forward y adelantar de golpe millones de años sin que nadie lo note, pero si no... creo que esta vez nos han mentido vilmente. He ahí mi conclusión de todo este rollo. Vamos a tener que buscarnos otra estrategia para hacernos millonarios...
lunes, 2 de noviembre de 2009
Rayos y centellas
Hablemos primero de la antorcha humana. Su superpoder de envolverse en llamas y lanzar chorros de fuego cuando le apetece me plantea una primera, y bastante seria, pregunta: ¿cómo hace la gente para sobrevivir en un radio de 50 metros de un tío que está a una temperatura de 3700ºC? Porque vale que se les ocurriera la genial idea de envolver las llamas que soltaba con un "campo de fuerza" de la otra chica fantástica, pero no fue una cosa inmediata, la antorcha ya se había lanzado todo decidido a convertirse en "supernova" en medio de una calle llena de gente, y al único al que pareció afectarle el cambio de temperatura fue al malo de la peli.
Supongo que esto tendrá alguna explicación. A lo que no le veo explicación es a que sea capaz de volar, aunque le di bastantes más vueltas. Supongamos que, al convertirse en fuego, su densidad disminuya hasta hacerse más similar a la del aire, que tampoco sería tan increíble si consideramos que el fuego está compuesto de oxígeno y otros gases por el estilo a temperaturas tan altas que tienen volúmenes molares bastante pequeños (aquí igual debería documentarme algo más, pero me vale como una primera aproximación). En ese caso, podría entender que el hombrecillo en llamas flotase en el aire. A la pregunta de cómo se desplaza, las veces que la pregunté por ahí, se me contestó con un: "hombre, si el aire a su alrededor se calienta, le empuja y vuela". Así de obvio y de fácil. Lo que pasa es que el paisanín se calienta igual por todos los sitios, lo que en buena lógica hará al aire a su alrededor calentarse igual por todos los sitios. Así que ahí las fuerzas deberían estar compensadas.
Sólo se me ocurre que lo de volar y convertirse en fuego sean dos poderes diferentes, que no tengan nada que ver. Lo que me pregunto entonces es, obviamente: ¿por qué sólo puede volar cuando está convertido en llamas? Qué personaje más maravilloso. No entiendo nada.
El doctor Muerte, por otra parte, también tiene poderes bastante inexplicables, pero menos inconexos unos con otros. Se supone que se convierte en un material nuevo, desconocido hasta el momento pero totalmente maravilloso, más duro que el diamante (me gustaría seriamente estudiar su estructura interna, seguro que tiene unas celdillas unidad cojonudas, y su composición ni te cuento), que conduce la electricidad y además actúa como una especie de condensador, es capaz de almacenar la carga eléctrica que chupa de la corriente. Por lo menos, al principio. Al final, cuando está totalmente evolucionado, ya no necesita ni acercarse a una fuente de energía eléctrica, le vale con estirar los brazos y concentrarse mucho para que la corriente se transmita por el aire hasta su cuerpo y así poder lanzar un chorro de electricidad que provoca masacres dignas del malo malísimo. Y todo esto sin que la corriente que fluye por su cuerpo afecte a sus órganos vitales, por supuesto. Si no, menuda mierda de poderes.
A lo que quería llegar con el doctor Muerte, es a que es capaz de almacenar carga eléctrica, pero no de crearla. Sin embargo, tengo por aquí a otro amiguito que no es concretamente un superhéroe pero que es de sobra conocido por todos por sus ataques eléctricos.

Ahora bien, mientras estaba hurgando un poco por internet para recordar curiosidades sobre Pikachu que hace diez años me conocía (y me creía) al dedillo, encontré un dato que me sorprendió. Cito literalmente de la Wikipedia: "Cuando Pikachu está en presencia de un campo magnético, es incapaz de descargar electricidad, provocando síntomas semejantes a la gripe." OJO. Agradecería que alguien se dignara a analizar esta frase y explicármela un poco (a ver si generamos debate aquí y todo).
Próximamente, retornaremos entradas antiguas y seguiremos dándole vueltas al tamaño y fuerza relativa de la mujer de 50 pies, que no se me olvidó, pero creo que esta entrada ya es lo suficientemente extensa para meternos con eso.
Hasta mañana, chicos!
viernes, 23 de octubre de 2009
Superhéroes.
Sé que hay muchos superhéroes por ahí que violan las leyes de la física constantemente, y que podría ser más original y ponerme a hablar de algo que no haya salido en clase. Pero creo que voy a empezar por uno de los integrantes de Los Increíbles, la mamá Helen o Elastigirl.
El superpoder de esta chica es, como su propio nombre indica, una súper elasticidad, pero no una elasticidad como peude tener un gimnasta pero a lo bestia, sino una capacidad de encogerse y alargarse como una goma del pelo, como si no tuviera huesos. La cosa es que, en la película, cada vez que Helen quería estirarse mucho, sus brazos y sus piernas se hacían más finitos, y si quería aumentar su superficie llegaba a ser prácticamente plana, como una manta (como cuando hacía de paracaídas para salvar a sus hijos). Esto me hace suponer que, durante sus transformaciones, Helen mantenía su masa y volumen constantes, no como les pasaba al hombre menguante y a la mujer de 50 pies. Es decir, que cuanto más alta era, más delgadita estaba. Realmente no recuerdo si alguna vez usó su superpoder para hacerse más pequeña, siempre intentaba alargarse para alcanzar objetos lejanos y cosas así o cambiar de forma (un puntazo cuando adaptó la forma de un barquito), pero si hubiese decidido encongerse, que en principio no debería de tener ningún problema para ello, supongo que debería haberse convertido en una especie de esfera... calculo que esa sería la altura mínima que podría alcanzar, una esferita que contuviese el mismo volumen que ocupa ella en cualquiera de sus otras formas (que supongo que es siempre el mismo, si no todo este razonamiento es una estupidez).
Sin embargo tengo aquí a otro personaje, sacado del libro de The Physics of Superheroes que tenía empolvado en la estantería (y que ahora me viene al pelo), que no sólo es capaz de controlar su tamaño sino su masa. Es decir, que no cambia de tamaño a masa constante (quedando bastante inestable una vez supera una determinada altura) ni a densidad constante (llegando un momento que no puede sostenerse o que pesa demasiado poco), sino que básicamente hace lo que le da la gana, tiene hasta botoncillos en su pijama de superhéroe para controlar su altura y su masa como quiere (aquí los llama “size and weight controls”). He de admitir que hasta que me puse a leer este capítulo no sabía de su existencia. Se llama The Atom (cosa que también me viene al pelo) y surgió, como en tantos otros casos, de un científico que intentaba hacer experimentos y acabó saliendo algo que no se esperaba. En su caso, lo que intentaba era comprimir materia para hacer más sencillo el transporte y cosas así, la idea no era mala si resulta que también es posible controlar su masa para no pasarnos de peso si queremos llenar un camión de mercancías comprimidas para ahorrarnos viajes y gasolina. Aunque por lo visto esto último no estaba entre sus prioridades sino que le vino un poco de chiripa por el polvillo de enana blanca que resultó ser el ingrediente que faltaba en su fórmula para hacer más pequeños objetos sin que explotaran (esto era un pequeño inconveniente de sus resultados).
The Atom sólo podía hacerse más pequeño, pero le resultaba bastante útil. Se hacía pequeñín hasta que el malo no le viera, luego iba a pegarle un puñetazo pero en el instante oportuno aumentaba de golpe su masa para pegarle con toda la fuerza posible, pero sin hacerse más grande. El tío comprimía y expandía materia, la creaba y la destruía a su antojo. Además, se hacía más ligero para aprovechar las corrientes de aire como medio de transporte, cosa cuya validez física pone en duda el librito este.
Para empezar, si el aire está a igual temperatura encima que debajo del señorito, no importa lo ligero que pueda ser porque las fuerzas que ejercen las moléculas de aire contra él estarán en equilibrio entre ellas y la gravedad le empujará hacia el suelo. Sólo sería capaz de mantenerse en el aire si debajo la temperatura es mayor que encima, a mayor energía cinética de las partículas más fuertes serán los choques, pero una cosa es flotar ahí y otra conseguir que la corriente te lleve a donde quieres y a la velocidad que quieres... simplemente se limitaría a desplazarse del foco caliente al frío, lo cual no tiene por qué serle muy útil.
En fin, me parece que este individuo tiene bastantes puntos interesantes que comentar, tendré que documentarme mejor. Espero no haberme distanciado mucho de lo que estamos viendo estos días en clase. Dentro del libro me llamó la atención porque relaciona muchos de sus fallos físicos con las leyes de la Termodinámica (y tengo que decir que, en este momento, es la rama de la física en la que más estamos metidos nosotros).
Un último comentario. Me creo perfectamente que Spiderman haya matado a su propia novia, los superhéroes no son tan listos como parece..
http://www.youtube.com/watch?v=RY1U_pXUxUo&feature=player_embedded
Hasta el martes, chicos.