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¿Sería posible construir un sable láser como en Star Wars?




Pensando en los efectos de un sable de luz.






Ya han salido varias propuestas de cómo contruir un sable láser (Wikipedia incluida), y por cierto que el concepto de mezclar un arma tan antigua como una espada con una tecnología futurista es muy curioso, así que me he tomado la libertad de añadir, a la pregunta que sirve de título a este posteo, la respuesta a una segunda pregunta: ¿son viables los sables láser de Star Wars como arma cuerpo a cuerpo?


No darán tantos brincos por el desierto cuando termine esta entrada.




1.- ¿PODRÍAMOS CONSTRUIR UN SABLE LÁSER?

En primer lugar, en inglés se usa el término Lightsaber, cuya traducción literal es sable de luz, pero al menos yo personalmente suelo escuchar a la gente referirse a ellos más a menudo como espadas láser o sables láser.

Pero, por otro lado, las hojas de las espadas láser tienen una longitud determinada, son capaces de atravesar cualquier material y sólo pueden ser detenidas al entrar en contacto con otra espada láser. Esto último es lo más importante: si las hojas de estos sables realmente estuvieran hechas de luz, entonces simplemente se atravesarían al cruzarse. Pero entonces, si no son de luz, pero la emiten, ¿de qué podrían estar hechos?

Pues, para hacernos una idea, podemos echarle un vistazo al siguiente video en el que se recogen todas las peleas de sables que emiten luz de las películas de Star Wars para ver cómo se comporta la materia al entrar en contacto con las espadas.



link: https://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=lN7dkSIgYgE

Después de ver varias escenas (10:39, 13:47, 15:55, 19:40) queda claro que las espadas que emiten luz no sólo son capaces de cortar con facilidad cualquier material sino que, además, las cosas quedan incandescentes después de entrar en contacto con ellas. O sea, que lo más probable es que la hoja de estas espadas se encuentre a una temperatura muy, muy alta.

Teniendo además en cuenta que la hoja de sable puede “aparecer de la nada”, lo más probable es que las hojas de las espadas de Star Wars estén hechas de plasma.

Referido muchas veces como el cuarto estado de la materia y pese a que su nombre suene muy exótico, el plasma no es más que una masa de gas a alta temperatura que con una proporción mayor o menor de átomos cargados eléctricamente.


Debemos tener presente que cuando una sustancia sólida se calienta, las moléculas que la componen empiezan a vibrar tanto que ésta pierde su integridad estructural y se convierte en un líquido. Si la temperatura sigue aumentando, las moléculas tendrán suficiente energía como para rebotar fuera del líquido y se moverán demasiado deprisa como para unirse entre sí, convirtiéndose en un gas. Pues bien, si subes aún más el termostato (unos cuantos miles de grados), las moléculas del gas tendrán tanta energía que sus átomos empezarán a perder sus electrones y, por tanto, el gas se convertirá en un batiburrillo de partículas con carga positiva y negativa que serán incapaces de volver a unirse para neutralizar su carga a menos que la temperatura vuelva a bajar.



Es precisamente esta carga eléctrica la que permite que el plasma produzca campos magnéticos cuando está en movimiento. También es el motivo por el que el sol, que es una bola gigantesca de plasma, tiene un campo magnético tan caótico.

Pero lo más interesante (al menos para nuestro propósito de hoy) es que el plasma también reacciona a la presencia de los campos magnéticos, por lo que pueden ser “moldeado” por ellos. Este fenómeno queda plasmado (JAJA) en la tendencia que tiene el plasma de la superficie del sol a acumularse alrededor de las líneas de los campos magnéticos solares:



¿Qué serán esos arcos de la derecha?


Teniendo en cuenta que se necesitan temperaturas tremendas para mantener un gas en estado de plasma, parece probable que las hojas de las espadas de Star Wars sean en realidad filamentos de plasma confinados en su sitio por un campo magnético. O sea, que las espadas láser de Star Wars serían en realidad espadas de plasma o sables de plasma.

Ahora bien, el plasma lo puedes crear de manera artificial sin problemas si consigues aumentar lo suficiente la temperatura de un gas. De hecho, el corte con plasma es una tecnología que se lleva utilizando para cortar metal desde la década de 1980.



link: https://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=sKLdrHo2RWs

Y aunque se puede cortar el metal con plasma, todavía hay un par de detalles que diferencian el funcionamiento de estas máquinas del de una espada de plasma de Star Wars.

Las cortadoras de plasma sueltan un chorro de aire a gran velocidad a través de un conducto muy delgado contra la superficie que se quiere cortar. A su vez, ese chorro de aire atraviesa un arco eléctrico que aparece en el interior del tubo debido a que tanto un electrodo que hay en el interior de la máquina como la pieza que se piensa cortar están conectados a un circuito eléctrico. El arco eléctrico calienta el aire que está pasando a través de él a temperaturas de hasta 20.000ºC, convirtiéndolo en plasma.




Pero, en realidad, el corte del metal no lo realiza el plasma por sí solo por el mero hecho de encontrarse a una temperatura altísima. El calor del plasma funde el trozo de metal, pero es chorro de gas a alta velocidad el que desprende el material fundido, realizando el corte.

Es obvio que este no es el principio de funcionamiento de los sables de plasma de Star Wars porque, si así fuera, para que apareciera el arco eléctrico que da forma a la hoja de su arma, un Jedi necesitaría crear primero una diferencia de potencial eléctrico entre su enemigo y el mango de su espada… Lo que significa que tendría que enganchar un cable a su oponente antes de empezar a pelear.

Esto tendría dos desventajas: las hojas de las espadas no serían rectas y, además, la intensa descarga eléctrica mataría a su enemigo antes que cualquier embestida con la hoja de plasma que, por otro lado, tampoco sería muy manejable.

Total, que si las espadas de plasma de Star Wars funcionaran así (que no lo hacen), entonces sería más realista que los protagonistas recorrieran la galaxia disparándose con tasers. Pero entiendo que un montón de stormtroopers tirados por el suelo temblando durante siete películas no es un recurso tan elegante como las gráciles peleas con espadas de plasma.



Este que... Mejor no, ¿cierto?


Bromas aparte, si las espadas de plasma funcionaran de esta manera la empuñadura debería contener en su interior algún tipo de dispositivo que permitiera expulsar un flujo de aire a una velocidad altísima… Y además ese chorro de gas tendría que mantener una forma y un tamaño concretos de manera indefinida en vez de convertirse en una especie de lanzallamas del futuro. Luego cabría preguntarse también de dónde sacaría la empuñadura de la espada la cantidad tremenda energía necesaria para mantener el plasma a esas temperaturas. Y no, no voy a recurrir a la Fuerza para solventar todos los problema que aparezcan en este posteo.

Había pensado que tal vez se podría utilizar algún tipo de campo magnético para mantener el plasma de la espada en su sitio, pero no se me ocurre ninguna manera de generar un campo magnético de la nada que distribuya el plasma formando una línea recta. También he echado un vistazo a la Wikipedia oficial de Star Wars para ver si existía alguna explicación realista, pero resuelven el problema del plasma utilizando componentes inventados, así que estamos en las mismas.

Con lo anterior, quedamos con que no se pueden fabricar armas de plasma con nuestra tecnología actual. Pero de todas maneras siempre podemos ignorar este callejón sin salida conceptual y suponer que disponemos de algún tipo de tecnología futurista (que tampoco sé si existirá en el futuro) que posibilitara la fabricación de espadas de plasma y ver si realmente serían útiles como armas cuerpo a cuerpo.


2.- ¿SON VIABLES LOS SABLES LÁSER DE STAR WARS COMO ARMA CUERPO A CUERPO?

Ya estamos, ahora somos Jedis y contamos con la tecnología del futuro que permite la creación de plasma alrededor o en el interior de la empuñadura de la espada, que luego es moldeado por un campo magnético muy potente para darle su forma característica.

En primer lugar, convendrá saber a qué temperatura necesita encontrarse el plasma de la hoja de nuestra espada para poder cortar sin esfuerzo todo lo que encontremos a nuestro paso.



¿A cuánto tendrá que estar nuestro sable para poder hacer esto?


Como referencia, el plasma de una máquina de corte alcanza temperaturas de alrededor de 20.000ºC y expele el gas a una velocidad de hasta 6.670 m/s (es la única cifra que he encontrado y me parece bastante exagerada, así que no lo más prudente será no hacerle mucho caso). En estas condiciones, una máquina puede cortar planchas de 3,2 centímetros de grosor a una velocidad de 4 metros por minuto.



Pero nuestros brazos de Jedi se mueven a 1 m/s (los seres humanos pueden mover los brazos a unos 0,8 m/s, pero he usado esa cifra para redondear y darle un poco de mérito a nuestro entrenamiento), así que el plasma de nuestra espada tendría que cortar una plancha del mismo grosor a un ritmo 15 veces mayor para poder atravesar cualquier cualquier material como si fuera mantequilla, como se ve en las películas.

Teniendo en cuenta que las espadas de Star Wars no parecen emitir ningún chorro de gas a alta velocidad para hacer saltar por los aires el material que queda fundido por el calor, el plasma de las espadas deberá estar suficientemente caliente como para vaporizar cualquier material que encuentra a su paso.



Aquí vamos otra vez...


Es difícil de decir, la verdad, pero nos podemos hacer una idea partiendo del límite inferior de 20.000ºC puesto por las máquinas de corte con plasma convencionales.

Según lo que se ha podido aproximar, teniendo en cuenta un coeficiente de emisividad del plasma de 0,035, a esa temperatura la hoja de una espada de Star Wars tendría un brillo azulado y su superficie emitiría radiación electromagnética con una intensidad de 241.060.450 Watts por metro cuadrado (W/m^2).

Si piensas que es mucho, estás en lo cierto. Piensa que a 6.000ºC, la superficie del sol emite unos 1.362.000 W/m^2, así que el los sables de plasma estarían emitiendo una cantidad de energía por unidad de superficie 177 veces mayor que el sol.

Eso sí, hay que tener en cuenta que estos aparatos tendrían una “superficie” muy reducida. Estimando una hoja de 1.5 metros de longitud y 5 centímetros de diámetro (son medidas muy imprecisas, pero el resultado no variará demasiado), las espadas de plasma de Star Wars emitirían alrededor de 8.581.752 Watts de potencia calorífica hacia sus alrededores.



Como que cada vez me están gustando menos...


Algo menos de la mitad de esa potencia calorífica iría dirigida en nuestra dirección con una intensidad suficiente como para aumentar nuestra temperatura corporal a un ritmo de 14ºC cada segundo. Pero, claro, para que esto sucediera el calor tendría que ser transferido instantáneamente por todo el volumen de nuestro cuerpo, algo que en la realidad no ocurre. Por tanto, es posible que tuviéramos un segundo de margen para lanzar la espada tan lejos como pudiéramos justo después de activarla.

Hay que tener en cuenta que la radiación con una intensidad superior a 1.000 W/m^2 puede provocar quemaduras en la piel al aumentar su temperatura lo suficiente como para provocar la muerte celular, lo que ocurre a unos 44ºC. Pero la radiación producida por la espada de plasma que estaríamos sujetando en nuestras manos estaría siendo emitida con una intensidad 8.600 veces superior a este límite. Por tanto, aunque tuviéramos tiempo de lanzar la espada lo más lejos posible, nuestra piel seguramente quedaría carbonizada de manera casi instantánea.


Además, a una temperatura de 20.000ºC, la espada emitiría la mayor parte de la energía en forma de radiación ultravioleta. Para nosotros no sería ningún problema, porque ya tendríamos una buena capa de piel carbonizada para protegernos, pero sería aconsejable que la gente que estuviera observando la pelea a una distancia razonable utilizara crema solar. Bueno, y gafas de soldadura, porque, de cerca, muy probablemente nuestra espada superaría en brillo al sol.

Y esto sólo son los efectos derivados de la emisión de calor por radiación de la espada.



¿No estarás usando mucho el sable láser, moreno? (chiste fácil)


Al entrar en contacto con la atmósfera, el plasma extremadamente caliente elevaría la temperatura del aire que lo rodeara muy deprisa. En las películas, parece que plasma se genera directamente a 20.000ºC en la empuñadura de la espada porque brilla con la misma intensidad desde que se activa. En ese caso, el aire que se encuentra alrededor de la espada se calentaría tan deprisa que se expandiría violentamente, creando una onda de choque. Esta es, básicamente, la misma razón por la que los rayos provocan truenos, que son esas ondas de choque derivadas del rápido calentamiento del aire por la corriente eléctrica del rayo.


Esos son 50.000 grados Fahrenheit, que son casi 28.000ºC.


Pasado el trueno y la onda de choque iniciales tras la activación de la espada, el aire que nos rodea (un cubo de 2x2x2 metros alrededor de la espada) empezaría a calentarse a un ritmo de unos 700ºC por segundo. Está claro que esta cifra no es nada precisa porque el aire caliente tenderá a ascender rápidamente y, dependiendo de si nos encontramos en un espacio cerrado o al aire libre, el efecto será distinto, pero viene a demostrar que no sería muy buena idea estar cerca de una espada de Star Wars cuando se activara. Y la cosa se puede poner peor.

Dejando de lado el caos térmico (u obviándolo), entraría en juego la propiocepción. ¿Que que es? Es una especie de sentido que nos dice dónde se encuentran las partes de nuestro cuerpo en todo momento y la posición relativa entre ellas. Este mismo sentido también entra en juego cuando estamos manipulando otros objetos que tienen cierto peso y, por tanto, provocan una reacción sobre nuestros músculos. Por eso puedes lavarte los dientes con los ojos cerrados o gesticular con un cuchillo en la mano mientras estás hablando en la cocina sin temor a hacerte daño.



Si no tuvieras la propiocepción, no podrías hacer ejercicios como esos (no es que yo pueda, pero entiendes la idea).


Por eso una espada de plasma tendría un efecto inesperado: su masa sería prácticamente nula, así que en el momento que apartáramos la vista de la espada que estamos sujetando (suponiendo que no tuvieran un brillo cegador) nuestro cuerpo no tendría una sensación “natural” de su situación. Como estas espadas podrían atravesar cualquier material sin esfuerzo, carne humana incluida, podríamos terminar rebanándonos nuestra propia cabeza si hiciéramos un movimiento en falso.

Pero, bueno, este es uno de los pocos “inconvenientes” que tiene solución, porque se supone que con suficiente entrenamiento un ser humano del universo de Star Wars podría aprender a controlar esta sensación… Aunque no puedo evitar preguntarme qué proporción de alumnos consiguen graduarse con todos sus miembros intactos en cada promoción de la escuela de Jedis.



Entrenen duro, jóvenes padawan... Van a necesitarlo.


La verdad es que antes de empezar a escribir este posteo pensaba incluir alguna broma diciendo que, al menos, cuando una espada de luz te hace una herida, al mismo tiempo te la cauteriza y previene las infecciones. Pero, bueno… Creo que ya no hace falta.

En definitiva, volviendo a la escena del principio, una pelea real de Jedis debería tener este aspecto:



Y así en todas las películas...



PERO AÚN QUEDA UNA ÚLTIMA REFLEXIÓN.

Pese a todo lo expuesto, las espadas de los Jedis podrían seguir teniendo un uso bélico… Si se utilizaran como granadas en vez de como espadas.



¿Ven? Vader conocía el correcto uso de los sables láser.





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