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.
Dacă oamenii ar putea zbura, fără unelte și aparate, cât de repede credeți că am face-o? Din 2012, recordul mondial de viteză la sprint pe distanță scurtă e de 27 mile pe oră. Viteza de alergare depinde de câtă forță e exercitată de picioarele alergătorului, și conform celei de-a doua Legi a Mișcării a lui Newton, forța este dată de masa înmulțită cu accelerația. Cea de-a treia lege a lui Newton stipulează că pentru fiecare acțiune există o reacțiune egală cu aceasta. Așadar, asta înseamnă că alergarea implică să ai un sol în care să te împingi, iar solul împinge înapoi piciorul alergătorului. Prin urmare, zborul ar fi mai asemănător cu înotul. Michael Phelps e la momentul actual cel mai rapid om la înot și cel mai decorat olimpic al tuturor timpurilor. Ghiciți cât de repede înoată? Răspunsul s-ar putea să vă surprindă. Recordul lui de viteză este de mai puțin de 2 mile pe oră. Pe pământ un copil ar putea să-l depășească cu ușurință pe Michael Phelps care înoată, dar oare de ce? Ei bine, să ne întoarcem la cea de-a treia lege a lui Newton. Când alergăm, ne mișcăm înainte împingându-ne în pământ cu picioarele, iar pământul împinge înapoi, propulsându-ne înainte. Pământul e solid. Prin definiție, înseamnă că particulele sunt blocate într-un loc și trebuie să împingă înapoi în loc să se dea la o parte, dar apa e lichidă și curge cu ușurință. Când ne mișcăm membrele ca să ne împingem în apă, o parte din moleculele de apă alunecă una pe lângă cealaltă în loc să împingă înapoi. Să ne gândim la zbor acum. Aerul are cu mult mai mult spațiu liber pentru ca particulele să treacă una pe lângă cealaltă, așa că și mai mult din energia noastră ar fi irosită. Ar fi nevoie să împingem mult aer înapoi ca să ne putem mișca înainte. Când sunt în spațiu, astronauții se mișcă în navete spațiale, gravitație zero, trăgând de mânere instalate pe tavanul și podeaua navetei. Imaginați-vă că ați avea abilitatea de a pluti. Cum v-ați mișca în mijlocul străzii? Ei bine, nu ați ajunge prea departe înotând în aer, nu-i așa? Nu, nu prea cred! Presupunând că ați avea abilitatea de a pluti și viteza de a vă mișca eficient, hai să discutăm despre înălțimea zborului. Conform Legii gazului ideal, P-V N-R-T, presiunea și temperatura au o corelație pozitivă, asta însemnând că ele cresc și descresc împreună. Asta se datorează faptului că aerul crește în volum cu mai puțină presiune, așa că moleculele au mai mult loc să se „plimbe” fără se se lovească una de cealaltă, producând căldură. Din moment ce presiunea atmosferică e cu mult mai mică la altitudine mare, ar fi foarte frig dacă ați zbura deasupra norilor. Ar trebui să vă înfofoliți ca să vă mențineți temperatura corpului mai mare de 95 de grade Fahrenheit, altfel ați începe să tremurați violent, treptat devenind confuzi și, în cele din urmă, ați cădea din cer datorită lipsei de control muscular cauzate de hipotermie! Legea Gazului Ideal spune că pe măsură ce presiunea scade volumul gazului crește. Deci, dacă ați zbura direct în sus cu viteză, gazul din corpul vostru și-ar mări volumul cu repeziciune la fel ca apa gazoasă când e scuturată. Fenomenul se cheamă „aeroembolie”, boala decompresiei, sau „boala scufundătorilor”, deoarece scufundătorii la mare adâncime trec prin asta când revin la suprafață prea repede. Asta duce la durere, paralizie sau moarte, în funcție de cât de „spumos” devine sângele. În regulă, să spunem că vreți să zburați la doar câțiva metri de sol unde încă puteți vedea semnele de circulație și respira oxigen cu ușurință. Tot ați avea nevoie de ochelari de protecție și de cască să vă protejați de păsări, insecte, semne de circulație, cabluri electrice, și de alți oameni care zboară, inclusiv de polițiști zburători, gata să vă dea o amendă dacă nu respectați regulile de zbor, prieteni. Amintiți-vă, dacă aveți o coliziune în aer care vă lasă inconștienți, veți trăi pe pielea voastră căderea liberă până ce vă loviți de pământ. Fără societate sau legile fizicii, zborul ar fi o abilitate minunată. Dar, chiar dacă am putea pluti cu toții la câțiva metri de sol, mișcându-ne cu viteza melcului, vă spun clar, rămîne o abilitate super pe care mi-aș dori-o, voi nu? Da, așa m-am gândit și eu. Care lecție despre superputeri ați vrea să o explorați acum? Abilitatea de a-ți schimba forma, super viteza, zborul, super forța, imortalitatea, și invizibilitatea.