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La Física de los Superhéroes

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La Física de los Superhéroes Powered By Docstoc
					   La Física de los
    Superhéroes
    Eduardo M. Alvarez Massis
Decano de la Facultad de Ciencias y
          Humanidades
Universidad del Valle de Guatemala
               Superhéroes
• ¿Podemos aprender Física si
  los analizamos en situaciones
  donde aparecen?
• ¿Será más interesante
  aprender con estos ejemplos
  que si utilizamos los ejemplos
  tradicionales?
• Trataré de contestar estas
  preguntas con dos ejemplos.

                  Eduardo M. Alvarez Marzo 2007
    ¿Qué es un Superhéroe?
• La mayoría piensa que son personajes
  que utilizan disfraces, tienen poderes
  especiales y combaten el mal.
• Tienen características que les permiten
  ser ágiles, poder combatir, tener fuerza,
  ser constantes, saber razonar, tener
  intuición y habilidades psíquicas.
• Desafían al mundo real y a la ciencia.

                Eduardo M. Alvarez Marzo 2007
              ¿Cómo surgen?

• Aparecieron en
  historietas (los
  antiguos chistes),
                                    ¿
  luego en Cine, y
  Televisión.




                       Eduardo M. Alvarez Marzo 2007
            Algunos nombres
• DC Comics: Aquaman, Batgirl, Batman,
  Catwoman, Green Arrow, Isis, Joker, Mr.
  Mxyzptik, Penguin, Riddler, Robin, Shazam,
  Supergirl, Superman, Tarzan, Teen Titans y
  Wonder Woman.
• Marvel Comics: Captain America, Conan,
  Falcon, Green Goblin, Hulk, Human Torch,
  Invisible Girl, Iron Man, Lizard, Mr. Fantastic,
  Spider-Man, The Thing and Thor.
• Otros: Flash, Fantastic Four, Matzinger Z, The
  Ninja Turtles, Transformers…………………….
                   Eduardo M. Alvarez Marzo 2007
     Caso # 1
     Superman
• Más rápido que una
  bala……..
• Más fuerte que un
  avión………
• Capaz de llegar al
  Edificio más alto en
  un solo brinco…..
• ¿Es un pájaro? ¿Es
  un avión?
• ¡Es Superman!

                  Eduardo M. Alvarez Marzo 2007
             Caso # 1 (2)
• Analicemos la última situación: “Capaz de
  llegar al Edificio más alto en un solo
  brinco…..”
• Hagámoslo viendo la situación del mundo
  actual.
• ¿Cuál es el edificio más alto del mundo?



                Eduardo M. Alvarez Marzo 2007
Caso # 1 (3)




 Eduardo M. Alvarez Marzo 2007
                       Caso 1 (4)

Superman pesa 100 Kg




                                                        508 metros




                                                       No está a escala
                       Eduardo M. Alvarez Marzo 2007
     ¿Qué necesito para hacer
          mis cálculos?
• Movimiento en una dimensión.
• Un marco de referencia inercial es aquel
  que podemos identificar, y en el que un
  objeto no interactúa con otros objetos
  experimenta aceleración cero. Cualquier
  marco que se mueva con velocidad
  constante con respecto a un marco
  inercial también es un marco inercial.
  (Serway & Jewett)

                Eduardo M. Alvarez Marzo 2007
      ¿Qué necesito para hacer
         mis cálculos? (2)
• La primera ley de Newton expresa que es
  posible hallar tal marco, o bien, lo que es
  lo mismo, en ausencia de una fuerza
  externa, cuando sea visto desde un marco
  inercial, un objeto en reposo permanece
  en reposo y un objeto en movimiento
  uniforme en línea recta mantiene ese
  movimiento. (Serway & Jewett)

                Eduardo M. Alvarez Marzo 2007
     ¿Qué necesito para hacer
        mis cálculos? (3)
• La segunda ley de Newton expresa que la
  aceleración de un objeto es directamente
  proporcional a la fuerza neta que actúa
  sobre él, e inversamente proporcional a su
  masa. La fuerza neta que actúa sobre un
  objeto es igual al producto de su masa y
  su aceleración. (Serway & Jewett)
                          
                     F  ma
                Eduardo M. Alvarez Marzo 2007
      ¿Qué necesito para hacer
         mis cálculos? (4)
• La tercera ley de Newton indica que si dos
  objetos interactúan, la fuerza ejercida por
  el objeto 1 sobre el 2 es igual en magnitud
  y opuesta en dirección a la fuerza ejercida
  por el objeto 2 sobre el 1. (Serway &
  Jewett)




                Eduardo M. Alvarez Marzo 2007
              Caso 1 (5)
• Asumimos que Superman pesa 100 Kg, al
  llegar al punto más alto del edificio su
  velocidad será cero, el valor de la
  aceleración de la gravedad es 9.8 m/s2
• Utilizamos:

             Vo  2 gh
                2


             V0  2 gh
               Eduardo M. Alvarez Marzo 2007
                  Caso 1 (6)
• Y obtenemos:
        Altura    Velocidad Velocidad
          (m)        (m/s)    (Km/h)
        508.0       99.8      359.2
Pensemos ahora en la siguiente situación:
a) Superman parte del reposo y llega a la velocidad
   necesaria para despegar y por ende hay una
   aceleración.
b) Sus músculos deben realizar una Fuerza para que
   sea capaz de obtener esa velocidad para lograr lo
   deseado.
Hagamos los cálculos respectivos.
                    Eduardo M. Alvarez Marzo 2007
                 Caso 1 (7)
• Podemos asumir que los tiempos
  necesarios para que los músculos realicen
  dicha acción son: a) 1 segundo, b) ½
  segundo y c) ¼ de segundo.
• Entonces las aceleraciones y las Fuerzas
  respectivas son:
   Cambio en     Aceleración
    Tiempo         (m/s2)                    Fuerza (Newtons)
   1 segundo        99.8                          9978.4
  0.5 segundo       199.6                        19956.8
  0.25 segundo      399.1                        39913.5
                 Eduardo M. Alvarez Marzo 2007
                   Caso 1 (8)
• Hagamos los mismos cálculos pero
  asumiendo que es una persona normal de
  100 kg y que saltará 1 metro.
   Altura (m)       Velocidad (m/s)                  Velocidad (Km/h)
      1.0                    4.4                           15.9
Cambio en Tiempo   Aceleración (m/s2)                Fuerza (Newtons)
   1 segundo                 4.4                           440
  0.5 segundo                8.9                           890
  0.25 segundo              17.7                          1770



                     Eduardo M. Alvarez Marzo 2007
                   Caso 1 (9)
• Comparación de resultados
                    Superman                 Hombre normal
Cambio en Tiempo
   1 segundo         9978.4                          440
  0.5 segundo       19956.8                          890
  0.25 segundo      39913.5                          1770
                    Superman                 Hombre normal
                     Razón
                   Fuerza/Peso            Razón Fuerza/Peso
Cambio en Tiempo
   1 segundo           10.2                          0.4
  0.5 segundo          20.4                          0.9
  0.25 segundo         40.7                          1.8
                     Eduardo M. Alvarez Marzo 2007
            Caso 1 (10)
• Claramente los músculos de las piernas
  de Superman pueden producir una Fuerza
  muy grande y mucho mayor a la de un
  hombre normal.
• Por supuesto que esto lo logra pues el
  nació en Krypton. En este planeta la
  gravedad debe ser mucho mayor que la
  de la Tierra.
• Hay otras preguntas sobre Superman…..

              Eduardo M. Alvarez Marzo 2007
             Caso # 2
   El Hombre Araña (Spider-man)
• La novia del Hombre
  Araña cae desde un
  Edificio, de una altura
  de 100 m. Justo antes
  de tocar el suelo, tira
  su telaraña y la
  atrapa. La sube, pero
  encuentra que ha
  muerto. ¿Qué
  sucedió?

                   Eduardo M. Alvarez Marzo 2007
                   Caso # 2 (2)
La novia se llama Gwen y pesa
50 kg.




                   100 m




                                                       No está a escala
                       Eduardo M. Alvarez Marzo 2007
                Caso 2 (3)
• Al caer Gwen, calculamos la velocidad que
  lleva al llegar a los 100 m. Asumimos que al
  caer, su velocidad inicial era cero. Utilizamos:
       V  2 gh
          2


       V  2 gh
       V  2 * 9.8 *100  44.3m / s
       V  159.4km / h
                  Eduardo M. Alvarez Marzo 2007
              Caso 2 (4)
• Utilizamos los conceptos de impulso
  y momentum.
• La cantidad de movimiento lineal p de una
  partícula de masa m que se mueve con
  una velocidad v es p=mv
• El impulso impartido a una partícula por
  una Fuerza F es igual al cambio en la
  cantidad de movimiento de la partícula.
(Serway y Jewett) t  2
                               
             I       Fdt
                     t1
                                        p

             Ft  mv
               Eduardo M. Alvarez Marzo 2007
              Caso 2 (5)
• Si el Hombre Araña desea detenerla en
  0.5 segundos y Gwen ha sufrido un
  cambiado su velocidad de 0 a 44.3 m/s.
  Así la Fuerza sería:
         mv 50 * 44.3
      F               4427.2 N
          t    0.5


               Eduardo M. Alvarez Marzo 2007
              Caso 2 (6)
• Si calculamos la razón de la Fuerza, que
  necesita hacer la telaraña, y el Peso de
  Gwen, encontramos que:
                 F 4427.2
          Razón          9.03
                 W  490


                Eduardo M. Alvarez Marzo 2007
               Caso 2 (7)
• Esto nos mostraría que a Gwen se le quebró
  la nuca.(Ya somos de CSI). El llegar al
  reposo en tiempos muy pequeños es
  peligroso. Sin embargo necesitamos de
  tiempos muy pequeños para que se activen
  los bolsas de aire en choques. Existe un
  caso de 1954 donde una persona (John
  Stapp), en un trineo de cohete, viajó a 632
  mi/h (1011 Km/h) y fue detenido en 1.40 s.
  ¡Fue sometido a una fuerza de 40g y quedó
  vivo!
                Eduardo M. Alvarez Marzo 2007
  Otros casos interesantes

• Flash. Si viaja más rápido que el sonido.
  El llegaría a un lugar antes de una frase
  que dijo.
• Flash. Si viaja a la velocidad de la luz,
  experimentaría la relatividad.
• El Hombre Elástico, la Mole o Hulk;¿qué
  propiedades tienen los materiales de los
  que están hechos? ¿Cómo serán las
  estructuras atómicas?
                Eduardo M. Alvarez Marzo 2007
              Conclusiones
• Estos ejemplos muestran que podemos
  estudiar conceptos de Física mediante el
  empleo de situaciones de Superhéroes.
• No debemos olvidar que la Ciencia se
  aprende siendo curioso y tratando
  de contestar preguntas.
• ¿Aprendemos? ¿Es interesante?



                 Eduardo M. Alvarez Marzo 2007
La Física de
    los
Superhéroes

      Eduardo M. Alvarez Massis
  Decano de la Facultad de Ciencias y
            Humanidades
  Universidad del Valle de Guatemala
             Eduardo M. Alvarez Marzo 2007

				
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