Some superheroes can grow to the size of a building at will. That's very intimidating! But a scientist must ask where the extra material is coming from. The Law of Conservation of Mass implies that mass can neither be created nor destroyed, which means that our hero's mass will not change just because his size changes. For instance, when we bake a fluffy sponge cake, even though the resulting delicious treat is much bigger in size than the cake batter that went into the oven, the weight of the cake batter should still equal the weight of the cake plus the moisture that has evaporated. In a chemical equation, molecules rearrange to make new compounds, but all the components should still be accounted for. When our hero expands from 6 feet tall to 18 feet tall, his height triples. Galileo's Square Cube Law says his weight will be 27 - 3 times 3 times 3 equals 27 - times his regular weight since he has to expand in all three dimensions. So, when our superhero transforms into a giant, we are dealing with two possibilities. Our hero towering at 18 feet still only weighs 200 pounds, the original weight in this human form. Now, option two, our hero weighs 5,400 pounds - 200 pounds times 27 equals 5,400 pounds - when he is 18 feet tall, which means he also weighs 5,400 pounds when he is 6 feet tall. Nobody can get in the same elevator with him without the alarm going off. Now, option two seems a little more scientifically plausible, but it begs the question, how does he ever walk through the park without sinking into the ground since the pressure he is exerting on the soil is calculated by his mass divided by the area of the bottom of his feet? And what kind of super socks and super shoes is he putting on his feet to withstand all the friction that results from dragging his 5,400 pound body against the road when he runs? And can he even run? And I won't even ask how he finds pants flexible enough to withstand the expansion. Now, let's explore the density of the two options mentioned above. Density is defined as mass divided by volume. The human body is made out of bones and flesh, which has a relatively set density. In option one, if the hero weighs 200 pounds all the time, then he would be bones and flesh at normal size. When he expands to a bigger size while still weighing 200 pounds, he essentially turns himself into a giant, fluffy teddy bear. In option two, if the hero weighs 5,400 pounds all the time, then he would be bones and flesh at 18 feet with 5,400 pounds of weight supported by two legs. The weight would be exerted on the leg bones at different angles as he moves. Bones, while hard, are not malleable, meaning they do not bend, so they break easily. The tendons would also be at risk of tearing. Tall buildings stay standing because they have steel frames and do not run and jump around in the jungle. Our hero, on the other hand, one landing at a bad angle and he's down. Assuming his bodily function is the same as any mammal's, his heart would need to pump a large amount of blood throughout his body to provide enough oxygen for him to move 5,400 pounds of body weight around. This would take tremendous energy, which he would need to provide by consuming 27 times 3,000 calories of food every day. Now, that is roughly 150 Big Macs. 27 times 3,000 calculated equals 81,000 calculated slash 550 calories equals 147. He wouldn't have time to fight crime because he would be eating all the time and working a 9-to-5 job in order to afford all the food he eats. And what about superheroes who can turn their bodies into rocks or sand? Well, everything on Earth is made out of elements. And what defines each element is the number of protons in the nucleus. That is how our periodic table is organized. Hydrogen has one proton, helium, two protons, lithium, three protons, and so on. The primary component of the most common form of sand is silicon dioxide. Meanwhile, the human body consists of 65% oxygen, 18% carbon, 10% hydrogen, and 7% of various other elements including 0.002% of silicon. In a chemical reaction, the elements recombine to make new compounds. So, where is he getting all this silicon necessary to make the sand? Sure, we can alter elements by nuclear fusion or nuclear fission. However, nuclear fusion requires so much heat, the only natural occurrence of this process is in stars. In order to utilize fusion in a short amount of time, the temperature of the area needs to be hotter than the Sun. Every innocent bystander will be burned to a crisp. Rapid nuclear fission is not any better since it often results in many radioactive particles. Our hero would become a walking, talking nuclear power plant, ultimately harming every person he tries to save. And do you really want the heat of the Sun or a radioactive nuclear plant inside of your body? Now, which superpower physics lesson will you explore next? Shifting body size and content, super speed, flight, super strength, immortality, and invisibility.
Beberapa pahlawan super mampu memperbesar tubuh sesuka hati hingga sebesar gedung. Mengerikan sekali! Namun, ilmuwan perlu mempertanyakan dari mana kelebihan zat tersebut berasal. Hukum Kekekalan Massa menjelaskan bahwa massa tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Artinya, massa seorang pahlawan tidak akan berubah hanya karena ukurannya berubah. Misalnya, saat kita membuat kue bolu yang empuk, meskipun ukuran kue yang sudah jadi jauh lebih besar dibandingkan ukuran adonan kue yang dimasukkan ke oven, berat adonan kue akan tetap sama dengan berat kue yang sudah jadi ditambah dengan kelembapan yang menguap. Dalam persamaan kimia, molekul akan berkumpul dan membentuk senyawa baru, tetapi semua komponen yang terlibat akan tetap sama. Saat seorang pahlawan membesar dari 180 meter menjadi 500 meter, tingginya bertambah tiga kali lipat. Menurut Hukum Kotak Kubus Galileo, beratnya adalah 27... (3 x 3 x 3 = 27) ...dikali dengan berat normalnya karena dia membesar di ketiga dimensi. Jadi, saat sang pahlawan bertransformasi menjadi raksasa, ada dua kemungkinan yang dapat terjadi. Pertama, sang pahlawan memiliki tinggi 550 meter dengan berat hanya 90 kg, yaitu berat saat masih dalam wujud manusia biasa. Kemungkinan kedua, jika sang pahlawan memiliki berat 2.430 kg... (90 kg x 27 = 2.430 kg) ...saat tingginya 550 meter, artinya dia juga memiliki berat 2.430 kg saat tingginya 180 meter. Tidak mungkin dia bisa naik elevator tanpa memicu alarm berbunyi. Opsi kedua kelihatannya lebih masuk akal secara ilmiah. Namun, pertanyaannya, bagaimana caranya dia berjalan tanpa tenggelam ke dalam bumi karena tekanan yang diberikan pada tanah adalah massa tubuh dibagi dengan area di bawah telapak kakinya? Selain itu, kaus kaki super dan sepatu super macam apa yang dia kenakan untuk menahan seluruh gesekan yang dihasilkan saat dia berlari di jalanan dengan tubuh seberat 2.430 kg? Bahkan, mampukah dia berlari? Belum lagi pertanyaan apakah celananya cukup fleksibel untuk menahan pemekaran yang terjadi. Sekarang, mari kita selidiki soal kepadatan dari dua kemungkinan yang disebutkan di atas. Kepadatan sama dengan massa dibagi volume. Tubuh manusia terdiri dari tulang dan daging, dan keduanya memiliki kepadatan yang relatif tetap. Dalam kemungkinan pertama, jika berat semula pahlawan adalah 90 kg, artinya tulang dan dagingnya berukuran normal. Ketika dia membesar, sementara beratnya tetap 90 kg, berarti sama saja dia berubah menjadi boneka beruang raksasa yang empuk. Kemungkinan kedua, jika berat semula pahlawan adalah 2.430 kg, maka dia adalah seonggok tulang dan daging dengan tinggi 550 meter dan berat 2.430 kg yang ditopang oleh dua kaki. Berat itu ditumpu oleh tulang kaki dalam berbagai sudut selagi ia berjalan. Meski kokoh, tulang tidaklah lunak. Dengan kata lain, tulang tidak dapat dibengkokkan sehingga mudah patah. Urat sang pahlawan juga berisiko putus. Bangunan tinggi dapat berdiri tegap karena mereka memiliki kerangka baja dan tidak berlari serta melompat ke sana-kemari. Sedangkan, sedikit saja pahlawan mendarat di sudut yang salah, dia akan tumbang. Dengan asumsi bahwa tubuhnya berfungsi sama seperti mamalia lainnya, jantungnya perlu memompa darah dalam jumlah besar untuk mengangkut cukup oksigen ke seluruh tubuh supaya dia bisa menggerakkan tubuh seberat 2.430 kg. Hal ini memakan energi yang luar biasa besar, dan energi tersebut perlu dipenuhi dengan mengonsumsi 3.000 kalori dikali dengan 27 setiap hari. Kurang lebih sama dengan 150 hamburger. Nah, 27 dikali dengan 3.000 sama dengan 81.000, lalu dibagi dengan 550 kalori sama dengan 147. Takkan ada waktu untuk membasmi kejahatan karena dia akan menghabiskan waktu untuk makan dan bekerja dari pukul 9 sampai 5 untuk bisa membeli semua makanan yang dia perlukan. Lalu bagaimana dengan pahlawan super yang bisa mengubah tubuh mereka menjadi batu atau pasir? Semua hal di bumi terdiri dari elemen. Dan hal yang membedakan tiap elemen adalah jumlah proton di dalam nukleus. Demikianlah tabel periodik disusun. Hidrogen memiliki satu proton, helium dua proton, litium tiga proton, dan seterusnya. Komponen utama dari kandungan pasir yang paling umum adalah silikon dioksida. Sementara itu, tubuh manusia terdiri dari 65% oksigen, 18% karbon, 10% hidrogen, dan 7% elemen lainnya termasuk 0,0002% silikon. Dalam reaksi kimia, elemen akan becampur dan membentuk senyawa baru. Jadi, dari mana pahlawan mendapat silikon yang diperlukan untuk membuat pasir? Memang, kita bisa mengubah elemen dengan fusi atau fisi nuklir. Akan tetapi, fusi nuklir memerlukan panas yang sangat banyak hingga proses ini hanya dapat terjadi secara alami pada bintang-bintang. Untuk bisa memanfaatkan fusi dalam waktu yang singkat, suhu area harus lebih panas daripada suhu matahari. Semua orang tak bersalah di dekat sang pahlawan akan terbakar hangus. Fisi nuklir cepat juga bukan opsi yang lebih baik karena hal itu akan menghasilkan banyak partikel radioaktif. Sang pahlawan akan menjadi pabrik nuklir yang bisa berjalan dan berbicara dan malah membahayakan semua orang yang ingin dia selamatkan. Apakah kamu mau menyerap panas matahari atau pabrik nuklir radioaktif ke dalam tubuhmu? Nah, pelajaran fisika tentang kekuatan super apa yang ingin kamu ketahui selanjutnya? Mengubah ukuran dan isi tubuh, kecepatan super, kemampuan untuk terbang, kekuatan super, keabadian, dan kemampuan tembus pandang.