Capitán América: ingravidez en un avión

Hoy voy a comentar un caso de un poquito buena ciencia, aunque con matices, como veréis más adelante. Se trata de la película Capitán América: El primer vengador (el último superhéroe que nos presentan, antes del estreno de Los Vengadores). La escena en cuestión ocurre al final de la peli, por lo que los que no la hayáis visto estáis avisados (aunque creo que no revelo demasiado de la trama).

Bueno, vamos allá. El enfrentamiento final entre el Capitán América y el Cráneo Rojo se produce en el interior de un gigantesco avión, en pleno vuelo. Durante la lucha, el avión hace un picado y cae (sin piloto), momento en el que los dos antagonistas «caen» al techo, y continuan la pelea durante unos segundos en un ambiente de aparente ingravidez, flotando y aferrandose a salientes para poder desplazarse. Tras unos segundos, Craneo Rojo recupera el control del avión, devolviéndolo a una trayectoria horizontal y estable.

A grandes rasgos, la situación es correcta. Como ya he explicado varias veces, una situación de caída libre es indistinguible de la ingravidez. De hecho, para simular condiciones de ingravidez y entrenar a astronautas, la NASA hace precisamente eso: utiliza un avión (llamado coloquialmente Vomit Comet, por sus efectos sobre algunos estómagos) que realiza ciclos de ascenso y picado, de forma que durante unos 25 segundos está en caída libre, permitiendo a sus ocupantes experimentar ingravidez.

Al principio he mencionado que hay que matizar cosas. Bien, para que el avión esté en caída libre de verdad, debe estar sometido a una aceleración vertical descendente de exactamente el mismo valor que la aceleración producida por la gravedad, esto es, aproximadamente los famosos 9,8 m/s² que nos enseñaron en el colegio. Por un lado, la resistencia del aire ejerce una fuerza sobre el avión que se opone al movimiento, y que es mayor cuanto mayor es la velocidad. Éste es el motivo por el que un objeto en caída dentro de nuestra atmósfera, no está realmente en caída libre, y su aceleración disminuye progresivamente hasta alcanzar una velocidad máxima, denominada velocidad terminal, cuando la fuerza de resistencia del aire se iguala a la atracción gravitatoria. Por otro lado, los motores del avión ejercen una fuerza que lo empuja hacia delante, de forma que si está cayendo en picado, esa fuerza se opone a la resistencia del aire.

Para que un avión caiga exactamente con la misma aceleración que la de la gravedad, un piloto debe estar ajustando constantemente el empuje del motor, para que el vehículo se mueva con la aceleración deseada. Además, cuanto más tiempo pase, mayor será la velocidad, y por tanto, mayor será la reducción de la misma que haya que hacer al estabilizar nuevamente el avión. Y eso supone que, o bien que necesitamos mucho espacio para hacerlo (que se traduce en altura que aún tiene el avión) o bien necesitamos mucha deceleración (lo que se traduce en Ges que deben soportar los ocupantes).

Es por eso que el Vomit Comet no está en caída libre durante todo el picado. En realidad, la situación de ingravidez comienza cuando aún está ascendiendo, trazando una parábola de forma que la deceleración es igual a la aceleración de la gravedad. Al terminar la trayectoria parabólica, comienza a áminorar su caída subiendo el morro, y remonta mediante una parábola invertida (ejerciendo una fuerza de casi 2 G a sus ocupantes) hasta que ha alcanzado nuevamente la altura necesaria para iniciar otro ciclo.

Terra Nova: Infrasonidos y diapasones

Feliz año a todos. Las vacaciones de Navidad han sido un parón en este blog, pero vuelvo a la carga. Y hoy, retomando la serie Terra Nova.

En el episodio 9 (u 8, si se cuentan los dos primeros episodios como uno doble), el principal científico de la colonia explica al comandante que un insecto es atraido por el sonido de una frecuencia muy determinada: 32,8 hercios. Para ello, usa un diapasón, que golpea para hacerlo vibrar. El comandante dice que no oye nada, y el científico le explica que se trata de un infrasonido. La frecuencia está por debajo del rango audible humano, pero algunos insectos, sí que son capaces de oirlo.

Bueno, el rango de frecuencias del oído humano está entre 20 y 20.000 hercios. Por tanto, los 32,8 hercios que atrae al insecto no son inaudibles para el ser humano. Es cierto que el umbral de intensidad sonora necesaria es mayor a esa frecuencia que a otras más intermedias (dicho de otro modo, necesitamos «subir el volumen»), y puede que el comandante, debido a su edad, sea algo duro de oído. Pero eso no quiere decir que la frecuencia sea infrasónica (dicho de otro modo, no es suficientemente grave). La frecuencia corresponde a un sonido audible por el ser humano, y de hecho, en un piano estándar de 88 teclas, las 4 primeras teclas (desde el la_-1 al do₀) corresponden a una frecuencia por debajo de esos 32,8 hercios (los curiosos, pueden ver una tabla completa de teclas y frecuencias en la Wikipedia).

Sigamos. Un diapasón está fabricado para vibrar a una única frecuencia. Se trata de un objeto de una única pieza, en forma de «U», con un pequeño mango. Al golpearlo, las dos varas paralelas de la «U» vibran, y esa vibración se propaga en forma de sonido (de hecho, éso es el sonido). La frecuencia de vibración depende del material del diapasón, y de su geometría exacta (longitud y diámetro de las varas). Es decir, un diapasón no se puede ajustar ni calibrar. Vibra a la misma frecuencia siempre, desde que sale de la fábrica, hasta que se rompe (o casi, ya que los cambios de temperatura pueden hacer variar levemente su tamaño).

Así que uno debería preguntarse ¿cómo es que en Terra Nova hay un diapasón fabricado exactamente a una frecuencia de 32,8 hercios? O mejor aún. Es de suponer que el científico estuvo probando varias frecuencias sonoras hasta llegar al descubrimiento. ¿Lo hizo con diapasones? ¿Tiene miles de diapasones, cada uno ajustado a una frecuencia? ¿O los fue fabricando a medida que los necesitaba? No parece creíble ¿verdad? Lo más lógico es que generara los tonos con un aparato electrónico (un simple oscilador, o algo más sofisticado como un ordenador con el software adecuado).

Hay un detalle sobre el diapasón que no puedo resistirme a comentar, aunque no sea mala ciencia. Como he mencionado, la frecuencia del mismo depende del material y de sus dimensiones. No podemos saber el material del diapasón utilizado por el científico (aunque el golpe suena metálico), pero el tamaño es muy similar a los más habituales que uno puede encontrar en cualquier tienda de música (de hecho, podría asegurar que el tamaño es precisamente ese, por cuestiones prácticas de atrezzo). Y estos diapasones tienen una frecuencia de 440 hercios, que corresponde al la 440 o la₃, que es el la de la misma octava que el do central (hace tiempo, expliqué un poco cómo va esto de las frecuencias y las notas musicales). Como he dicho, no sabemos nada del material, así que no podemos decir que sea imposible un diapasón de esas dimensiones afinado a 32,8 hercios.

Hay otro detalle, que podría ser buena ciencia, pero para el que tengo que desvelar detalles importantes del argumento del episodio, y de la trama de la serie en general. Así que avisados estáis:

SPOILER

El insecto de marras, es utilizado para que un topo de los sextos (los villanos) en Terra Nova, se comunique con ellos. En vez de usar una señal electromagnética que podría detectarse, usan al insecto como paloma mensajera (sí, el insecto es bastante grande). El topo y los sextos usan alternativamente la señal acústica para atraer al insecto mensajero, sin que ningún ser humano se entere. El científico explica que el insecto tiene órganos auditivos en las antenas, y le permite escuchar sonidos a grandes distancias. Bueno, posiblemente un entomólogo tenga algo que decir al respecto, pero el pequeño dato de buena ciencia es que por lo general (aunque depende del medio en que se propage) la atenuación de un sonido es proporcional a su frecuencia. Los sonidos graves se atenuan menos que los agudos, y pueden percibirse a mayores distancias.

Esto es algo que habréis notado, por ejemplo, si habéis estado a determinada distancia de una fiesta ruidosa o un concierto. No podéis distinguir bien los sonidos, pero sí que notáis perfectamente el ritmo de la música, ya que podéis oir un característico «bum, bum, bum, bum». Eso es debido a que la percusión que marca ese ritmo (un bombo, por lo general, o algún sintetizador que lo imite), tiene un sonido de frecuencia muy baja.

Y seguramente también lo habréis notado si algún vecino está viendo una peli con un sistema surround que incluya un subwoofer. A la distancia y volumen adecuados, los sonidos del subwoofer es casi lo único que podéis distinguir.