Barry Allen era un químico, miembro de
la policía, con escasa reputación debido a su mala costumbre de llegar
tarde a todos lados. Una noche, mientras se preparaba para dejar el
trabajo en el laboratorio, ocurrió un accidente. Un rayo dio de lleno
sobre unos productos químicos que se derramaron sobre él. Como
consecuencia Allen consiguió obtener reflejos extraordinarios y una
velocidad sobrehumana, que le permite superar fácilmente la velocidad
del sonido, llegando incluso a la velocidad de la luz. A partir de ese
momento y usando un traje rojo con el símbolo de un rayo en el pecho, se
autodenominó “Flash”, y empezó a combatir el crimen y la maldad. Surgen
algunas cuestiones a la luz de la ciencia: ¿Qué es la energía?, ¿De
dónde saca Flash la energía para moverse a altas velocidades?, ¿Cuál es
la velocidad del sonido y la de la luz? ¿Por qué son tan diferentes?
En primer
lugar se debe sentar que todos aquellos organismos que se consideran
vivos, deben acceder a un recurso primordial para ejercer sus
actividades. Este recurso es una fuente de energía. En
el caso de las plantas, algas y algunas bacterias, la fuente de energía
vital (el sol) se usa en forma directa, mediante un proceso que se
denomina fotosíntesis. Para el caso de organismos (no fotosintéticos)
que comen otros seres vivos, la fuente de energía se toma en forma
indirecta y el metabolismo (transformación) de los alimentos es quien
abastece de energía al organismo.
Pasemos a las velocidades. La velocidad
que tiene el sonido en un fluido común como el aire es de 340 m/s,
mientras que la velocidad de la luz en el vacío es de 300.000 km/s. La
diferencia fundamental radica en que el sonido está constituido por
ondas que necesitan de un medio para desplazarse. La luz, en cambio, es
radiación electromagnética (compuesta por dos ondas perpendiculares una
de carácter eléctrico y otra con propiedades magnéticas) que puede
moverse sin intervención de medio alguno. Siendo la diferencia en
velocidades tan monumental es lógico pensar que una y otra suponen
energías completamente diferentes.
Solicitamos la ayuda de la física para
definir el término energía y establecer sus formas y transformaciones.
Energía es probablemente una palabra que se usa en exceso y sin
conocimiento de lo que realmente significa. Una definición sencilla dice
que la energía
es aquello que se necesita para producir un cambio, se necesita energía
para hacer que ocurra algo que no sucede por sí mismo.
La energía
puede existir en varias formas: potencial, cinética y de la masa o
nuclear.
La energía cinética es aquella que se relaciona con el
movimiento de un objeto que posee una determinada masa. La energía
nuclear se relaciona con la cantidad de energía que se puede obtener a
partir de una cierta cantidad de masa contenida en el
núcleo atómico. Este tipo de energía se observa en forma notable en los
reactores nucleares, pero también en forma desafortunada en las bombas,
cuya energía destrozó las ciudades japonesas de Hiroshima y Nagasaki al
final de la Segunda Guerra Mundial. Por otro lado, y solo como
información general, debo decir que existe una forma extraña, y todavía
incomprendida, de energía que se supone interviene en todo el Universo,
llamada energía oscura.
Además es importante establecer que “la energía total del universo no
se crea ni se destruye, únicamente se trasforma”. Así reza el llamado primer principio de la termodinámica,
que quiere decir que una forma de energía, independiente de su clase,
pasa de una forma a otra hasta finalmente terminar en calor.
Por lo concerniente a Flash el tipo de
energía que nos interesa es la llamada energía química, la cual se
constituye en un tipo de energía potencial. La energía potencial, como
su nombre lo indica, es energía en potencia, o sea que esta lista para
ser utilizada. Este es el punto a tomar en cuenta para determinar la
cantidad de energía que debe usar Flash para moverse. La comida ingerida
por el superhéroe, que contiene energía potencial química, es la que
debe ser transformada en energía de movimiento (cinética). Las moléculas
de los alimentos se rompen, y en ese proceso generan energía. Al
parecer la pregunta está resuelta, sin embargo ahora aparecen nuevas
dudas: ¿Cuánta comida deberá ingerir Flash para desplazarse a la
velocidad del sonido? ¿Cuánta a una velocidad relacionada con la de la
luz?
En la comida, las moléculas
biológicamente activas se clasifican dentro de cuatro clases: glúcidos
(mal denominados todavía como carbohidratos o hidratos de carbono),
lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Los glúcidos son la fuente
principal de energía metabólica para todas las actividades de los
organismos no fotosintéticos, esto incluye actividades especializadas
como la construcción de otras moléculas o la cantidad de energía
necesaria para crecer, para hacer funcionar los músculos (como el
corazón), producir calor corporal y desplazarse, en definitiva todo lo
que se necesite para sobrevivir.
Para calcular cuánto debe comer
Flash para desplazarse a supervelocidad lo primero que tenemos que
definir es su contenido como energía cinética. Tal como ya lo apuntamos,
este tipo de energía depende de la masa del objeto, en este caso Flash,
además se debe agregar el parámetro de movimiento, esto es la velocidad
a la cual se mueve nuestro héroe. Lo anterior nos lleva a la relación
Ec = (1/2) m·v2. En donde Ec se refiere a la energía cinética, m es la masa de Flash y v su velocidad de movimiento, elevada al cuadrado.
Finalmente, para
concretar el problema debemos relacionar la cantidad de energía química
suministrada por los alimentos con la energía de movimiento. Para
sortear las complicaciones, lo que haremos es calcular la energía
cinética para moverse por ejemplo al 1 % de la velocidad de la luz
(3.000 km/s) y llevarlo hacia la energía suministrada por un solo tipo
de alimento bastante energético. Acordemos que el total de la energía
adquirida por Flash solo se debe a la digestión (combustión) de las
proteínas contenidas en la carne.
Normalmente las unidades de energía se
refieren a sistemas físicos: automóviles, pelotas, maquinaria, animales,
personas y por supuesto Flash; y a sistemas nutritivos que se
relacionan con alimentos en general. En forma usual, en el primer caso
se evalúa energía cinética, y en el segundo energía potencial química.
Como ya se dijo, los dos tipos de energía se transforman una en otra. En
las personas, la energía química de los alimentos se usa para obtener
la energía necesaria para desarrollar las funciones vitales, al igual
que la energía química del combustible se usa en los automóviles para su
funcionamiento. La unidad de energía de los físicos se llama Julio (o
joules, dependiendo del lugar) y es equivalente a 1 kg· m2/s2 en unidades del Sistema Internacional. Para los bioquímicos y nutricionistas, en cambio, la unidad de energía es la Caloría.
La letra C mayúscula no es un error de tipografía, quiere decir que se
refiere a 1.000 calorías (pequeñas o c) que es la unidad intermediaria
entre los sistemas físico y nutricionista, de tal manera que 1 caloría
(pequeña) es igual a 4,18 Julios. Una caloría pequeña es la cantidad de
energía (en Julios) que se necesita para elevar la temperatura de 1
gramo de agua en 1 grado centígrado. Una Caloría (grande o alimentaria)
será la cantidad de energía necesaria para elevar en 1 grado centígrado 1
kilogramo de agua. La conversión parece complicada pero no lo es, la
clave del asunto es:
1 Caloría (alimentaria) = 1.000 calorías (pequeñas)· 1 caloría (pequeña) = 4,18 Julios.
Es importante saber que cuando consumimos diferentes alimentos, estamos ingresando diferentes cantidades de energía; ésta es la
razón por la cual un trozo de chocolate puede tener muchas más calorías
que un trozo de tomate de similar tamaño. Sin embargo, ya que las
calorías son una medida de energía, no pueden existir diferentes tipos
de calorías, como erróneamente lo afirman algunos artículos e incluso
libros sobre recetas para bajar de peso. Una caloría de grasa
proporciona exactamente la misma cantidad de energía que una caloría de
proteína o de glúcidos.
Regresando a la pregunta, y suponiendo que la
masa de Flash sea de 70 kg, para un viaje al 1% de la velocidad de la
luz (en metros), su energía cinética será:
!Asombroso! Este resultado quiere decir el número 315 seguido de 12 ceros (315.000.000.000.000); la
cantidad de energía que se requiere para obtener supervelocidad es
realmente monstruosa. Ahora transformemos esta cantidad de energía en
energía potencial química, usando la caloría (pequeña) como
intermediaria: El resultado representará el número de Calorías grandes o
alimentarias.
Lo que corresponde a 75 mil millones de Calorías. ¡Realmente impresionante!
Ahora
vamos al cálculo final. Si se sabe que 100 g de carne de vacuno proveen
aproximadamente 150 Calorías alimentarias, suponiendo una ración
generosa de unos 300 g y más unas 50 Calorías adicionales debidas al
proceso de cocción, podremos suponer que Flash estará ingresando a su
organismo 500 Calorías alimentarias por ración. Con esto en mente
podemos calcular (ya era hora) el número de porciones de carne que Flash
deberá consumir para moverse al 1% de la velocidad de la luz.
En números claros resulta que Flash deberá comer 150 millones de raciones cárnicas para poder alcanzar el 1% de la velocidad de la luz.
Como dato importante se debe aclarar que estamos suponiendo que el 100%
de la energía suministrada por la carne se transforma en energía
cinética. En sistemas alejados de los cómics (como el cuerpo humano)
esta conversión apenas ocurre en un 15 %, lo cual quiere decir que como
máximo este porcentaje de energía química puede transformarse en energía
de movimiento. Por consiguiente, el número de raciones a consumir por
el superhéroe será notablemente mayor. En la vida real este último
comentario es muy importante, ya que sin duda, se debe a otro principio
fundamental del Universo denominado segundo principio de la termodinámica,
que nos indica las limitaciones en la conversión de la energía. Esto
lleva a que los sistemas en forma inevitable siempre terminen con alguna
pérdida de energía que se manifiesta como calor.
Ahora, si se trata
“sólo” de moverse a la velocidad del sonido, cosa fácilmente lograda
por el superhéroe escarlata, la cantidad de raciones que deberá consumir
asumiendo el 15% de conversión será “apenas” de 13.
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