If humans could fly, without tools and machines, how fast do you think we would go? As of 2012, the world record for fastest short-distance sprint speed is roughly 27 miles per hour. Running speed depends on how much force is exerted by the runner's legs, and according to Newton's Second Law of Motion, force is the product of mass times acceleration. And Newton's Third Law states that for every action, there is an equal and opposite reaction. So, that means running requires having a ground to push off from, and the ground pushes back against the runner's foot. So, flying would actually be more similar to swimming. Michael Phelps is currently the fastest human in water and the most decorated Olympian of all time. Guess how fast he swims? The answer may surprise you. His fastest recorded speed is less than 5 miles per hour. A child on the ground can easily outrun Michael Phelps in water, but why is that? Well, let's go back to Newton's Third Law of Motion. When we run, we move forward by pushing against the ground with our feet and the ground pushes back, propelling us forward. The ground is solid. By definition, it means the particles are essentially locked into place and must push back instead of getting out of the way, but water is liquid and flows easily. When we move our limbs to push back against the water, a part of the water molecules can just slide past one another instead of pushing back. Now, let's think about flying. Air has a lot more free space for particles to move past one another, so even more of our energy would be wasted. We would need to push a lot of air backwards in order to move forward. Astronauts move around in shuttles in zero gravity when they're in outer space by pulling on handles installed on the ceiling walls and floors of the shuttle. Now, imagine you were given the ability to float. How would you move around in the middle of the street? Well, you wouldn't get very far by swimming in air, would you? Nah, I don't think so! Now, assuming you were granted the ability to float and the speed to move around efficiently, let's discuss the height of your flight. According to the Ideal Gas Law, P-V N-R-T, pressure and temperature has a positive correlation, meaning they increase and decrease together. This is because the air expands in volume with less pressure, so the molecules have more room to wander around without colliding into each other and creating heat. Since the atmospheric pressure is a lot lower in high altitudes, it would be freezing cold if you were flying above the clouds. You'd need to wrap yourself up to keep your core body temperature above 95 degrees Fahrenheit, otherwise you'd start shivering violently, gradually becoming mentally confused and eventually drop out of the sky due to loss of muscle control from hypothermia! Now, the Ideal Gas Law implies that as the pressure decreases, gas volume increases. So, if you were to fly straight up too quickly, the inert gas in your body would rapidly expand the way soda fizzes up when shaken. The phenomenon is called "the bends," decompression sickness, or "divers disease" since deep sea scuba divers experience this when they come up too quickly. This results in pain, paralysis, or death, depending on how foamy your blood becomes. Okay, well, let's say you want to fly just a few meters above the ground where you can still see the road signs and breath oxygen with ease. You'll still need goggles and a helmet to protect you from birds, insects, street signs, electrical wires, and other flying humans, including flying cops ready to hand you a ticket if you don't follow the flying rules, buddy. Now remember, if you have a collision mid-air that knocks you unconscious, you would experience free fall until you hit the ground. Without society or the laws of physics, flying would be a totally awesome ability to have. But, even if we could all just float around a few feet above the ground and only moving at a snail's pace, I'm telling you, it's still a cool ability that I'd want, wouldn't you? Yeah, I thought so. Now, which superpower physics lesson will you explore next? Shifting body size and content, super speed, flight, super strength, immortality, and invisibility.
Si los humanos pudiéramos volar, sin herramientas ni máquinas, ¿a qué velocidad lo haríamos? Hasta 2012, la plusmarca mundial de velocidad en distancias cortas es de unos 43 km por hora. La velocidad de carrera depende de la cantidad de fuerza que ejercen las piernas del corredor, y de acuerdo a la segunda ley del movimiento de Newton, la fuerza es el producto de la masa por la aceleración. Y tercera ley de Newton dice que para cada acción, hay una reacción igual y opuesta. Eso significa que correr requiere un suelo con el cual impulsarse, y el suelo empuja contra el pie del corredor. Así, volar sería en realidad más parecido a nadar. Michael Phelps es actualmente el hombre más rápido en el agua y el atleta olímpico más laureado de todos los tiempos. Adivina a qué velocidad nada. La respuesta podría sorprenderte. Su mayor velocidad registrada es de menos de 8 km por hora. Un niño en el suelo puede superar fácilmente a Michael Phelps en el agua, pero, ¿por qué? Bueno, volvamos a la tercera ley del movimiento de Newton. Cuando corremos, avanzamos presionando contra el suelo con nuestros pies y el suelo empuja hacia atrás, impulsándonos hacia adelante. El suelo es sólido. Por definición, eso significa que las partículas están firmes en un lugar y deben devolver el empuje, en vez de hacerse a un lado, pero el agua es líquida y fluye con facilidad. Cuando nos movemos, nuestras extremidades empujan hacia atrás en el agua, parte de las moléculas de agua se deslizan unas sobre otras en vez de devolver el empuje. Ahora, pensemos en volar. El aire tiene mucho más espacio libre para que las partículas se muevan unas sobre otras de modo que se derrocharía más energía. Habría que impulsar mucho aire hacia atrás para poder avanzar. Los astronautas se mueven en los transbordadores en gravedad cero cuando están en el espacio tirando de manijas instaladas en las paredes del techo y del piso del transbordador. Supongamos que tuvieras la capacidad de flotar. ¿Cómo te moverías en medio de la calle? Bueno, no llegarías muy lejos nadando en el aire, ¿no? ¡No, no lo creo! Pero suponiendo que pudieras flotar y desplazarte de manera eficiente, hablemos de la altura del vuelo. Según la ley de los gases ideales, PV = nRT, presión y temperatura tienen una correlación positiva; o sea, aumentan y disminuyen juntas. Esto se debe a que el aire se expande en volumen con menos presión, y así las moléculas tienen más espacio para moverse sin chocar unas contra otras y crear calor. Como la presión atmosférica es mucho más baja en altitudes elevadas, haría mucho frío si volaras sobre las nubes. Tendrías que abrigarte para mantener la temperatura corporal por encima de los 35°C, de otro modo empezarías a templar abruptamente, gradualmente perderías la conciencia, hasta que al final caerías del cielo por la pérdida del control muscular ¡de la hipotermia! Ahora bien, la ley de los gases ideales implica que conforme la presión disminuye, el volumen de gas aumenta. Por lo tanto, si volaras hacia arriba demasiado rápido, el gas inerte de tu cuerpo se expandiría rápidamente como la soda burbujea cuando la sacudes. El fenómeno se conoce como "embolia gaseosa", síndrome de descompresión, o "enfermedad de los buzos" dado que los buzos experimentan esto cuando suben demasiado rápido. Esto produce dolor, parálisis, o la muerte, en función de lo espumosa que se ponga la sangre. Bien, digamos que quieres volar solo unos metros sobre el piso, seguir viendo las señales de tránsito y respirar oxígeno con facilidad. Aún así necesitarás gafas y un casco para protegerte de pájaros, insectos, señales de tránsito, cables de electricidad, y otros humanos voladores, incluyendo a los polis aéreos dispuestos a emitir boletas si no sigues la reglas de navegación, amigo. Y, recuerda, si tienes un choque en el aire que te deje inconsciente, descenderás en caída libre hasta impactar en el piso. Sin la sociedad o las leyes de la física, volar sería una capacidad totalmente increíble. Pero, incluso si pudiéramos simplemente flotar unos pocos metros sobre el suelo y solo movernos a paso de tortuga, te digo, de todos modos sería algo genial, ¿no crees? Sí, creo que sí. ¿Qué otra clase de física de superpoderes explorarás a continuación? Cambio en tamaño y contenido del cuerpo, súpervelocidad, vuelo, súperfuerza, inmortalidad e invisibilidad.