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.
Se os homens pudessem voar, sem aparelhos nem máquinas, que velocidade julgam que eles atingiriam? Até 2012, o recorde mundial de velocidade em corrida de curta distância era de cerca de 43 km/hora. A velocidade da corrida depende da força que é exercida pelas pernas do atleta. De acordo com a segunda Lei do Movimento de Newton, a força é o produto da massa vezes a aceleração. A terceira Lei de Newton afirma que, para cada ação, há uma reação igual e em sentido oposto. Isso significa que a corrida exige um terreno sobre o qual avançamos e o terreno exerce pressão contra os pés do atleta. Então, voar será uma coisa mais semelhante a nadar. Michael Phelps é atualmente o homem mais rápido na água e o atleta olímpico mais medalhado. Sabem a que velocidade é que ele nada? A resposta pode surpreender-vos. A sua velocidade recorde é inferior a 8 km/hora. Uma criança no solo pode facilmente ultrapassar Michael Phelps dentro na água. Mas porque é que isso acontece? Voltemos à terceira Lei do Movimento de Newton. Quando corremos, avançamos exercendo uma força com os pés no terreno e o terreno empurra-nos, em sentido oposto impelindo-nos na mesma direção. O terreno é sólido. Por definição, significa que as partículas estão compactadas no seu lugar e têm que exercer a força em sentido oposto, em vez de cederem. Mas a água é líquida e move-se facilmente. Quando movemos os membros exercendo força contra a água, uma parte das moléculas da água deslizam umas sobre as outras em vez de exercerem força em sentido oposto. Pensemos, então, no voo. O ar tem muito mais espaço para as partículas se moverem umas por cima das outras, portanto, desperdiçaríamos muito mais energia. Teríamos que empurrar para trás muito mais ar, para avançarmos em frente. Os astronautas movimentam-se em cápsulas, com gravidade zero, quando estão no espaço exterior, puxando alças instaladas no teto e no chão da cápsula. Imaginemos que tínhamos o dom de flutuar. Como é que nos deslocaríamos no meio da rua? Não iríamos longe a nadar no ar, pois não? Não, acho que não! Partindo do princípio que podíamos flutuar e tínhamos velocidade para nos deslocarmos com eficácia, analisemos a altura do voo. Segundo a Lei dos Gases Ideais, PV = nRT a pressão e a temperatura têm uma correlação positiva, ou seja, aumentam e diminuem em conjunto. Isto porque o ar aumenta de volume sob uma pressão menor, portanto, as moléculas têm mais espaço para se movimentarem sem colidirem umas com as outras e criarem calor. Como a pressão atmosférica é muito mais baixa em altas altitudes. estaria um frio de rachar se voássemos acima das nuvens. Teríamos que nos agasalhar para manter a temperatura normal do corpo acima dos 35º C, senão, começávamos a tremer violentamente, ficando aos poucos mentalmente confusos e acabando por cair do céu devido à perda do controlo muscular por hipotermia! A Lei dos Gases Ideais implica que, quando a pressão diminui, o volume do gás aumenta. Portanto, se subirmos demasiado depressa, o gás inerte no nosso corpo expande-se rapidamente, formando bolhas, como acontece com o champanhe, quando agitado. Este fenómeno chama-se DD, doença da descompressão, ou "doença dos mergulhadores", porque os mergulhadores de profundidade sofrem disso quando voltam à superfície demasiado depressa. Isso provoca dores, paralisia, ou morte, consoante a quantidade de bolhas que se formam no sangue. Ok, digamos que só queremos voar a alguns metros acima do solo, onde possamos ver os sinais de trânsito e respirar oxigénio com facilidade. Precisaríamos de óculos e de um capacete para nos proteger das aves, dos insetos, das tabuletas da rua, dos cabos elétricos, e dos outros seres humanos voadores, incluindo os polícias voadores dispostos a passar uma multa se não seguirmos as regras de voo. Mas lembrem-se, se tiverem um choque no ar que vos ponha inconscientes, vão cair em queda livre até baterem no chão. Sem a sociedade ou sem as leis da física, o voo seria uma capacidade espantosa. Mas, mesmo que só pudéssemos flutuar a uns metros acima do solo, e a mover-nos a passo de caracol, é uma capacidade fixe que eu gostaria de ter. E vocês? Pois é, já sabia. Que lição de física de superpoder vão explorar a seguir? Mudar o tamanho e a estrutura do corpo? Supervelocidade? Voo? Superforça? Imortalidade? e Invisibilidade?