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Velocidad terminal y portales en el vacío

¿Alcanzarías la velocidad de la luz?
¿Cuál sería la velocidad máxima que podrías alcanzar si disparases un portal en el suelo y otro en el techo justo encima del primero y saltaras? ¿Alcanzarías la velocidad de la luz? Esa es más o menos la pregunta que alguien hizo al Oráculo, y esta es la respuesta. Importante: se requiere cierto conocimiento de física de portales dimensionales para comprender las siguientes ideas...

La gravedad hace que un objeto que cae acelere constantemente. La aceleración de la gravedad terrestre es de 9,81 m/s/s. Es decir que las cosas caen a cada instante 35,32 km/h más rápido que el segundo anterior. Así, un segundo después de saltar desde un edificio lo suficientemente alto irías a 35 km/h, a 70 km/h luego de dos segundos, a 105 km/h al tercer segundo, etcétera, hasta que descubras la forma más rápida de teñir el suelo de rojo.

Pero en condiciones normales –por ejemplo, al caer desde un avión–, la resistencia del aire se vuelve cada vez mayor a medida que la velocidad de caída aumenta, llegando un punto en que la contrarresta y el objeto deja de acelerar (cae a una velocidad constante). Cuando esto ocurre, se dice que el objeto alcanzó la "velocidad terminal" o "velocidad límite". Seguirá cayendo siempre con la velocidad que tenía en ese momento (cuyo valor exacto depende de las características del objeto).

RGBPuede –y debe– imaginarse al aire como un montón de diminutas pelotitas cayendo junto con el saltador en el vacío. Éstas no pueden caer más rápido que él ni esquivarlo para dejarlo pasar y lo frenan un poco. Incluso algo que cae a una velocidad mayor que la velocidad terminal –una bala disparada hacia abajo, por ejemplo–, desacelerará paulatinamente hasta igualar la velocidad terminal.

Esto puede verse también y mejor en el agua, que es un fluido como el aire (dicho lo cual se hace evidente que la atmósfera es un gran océano de aire depositado sobre la superficie terrestre... y oceánica). Más aún: la atmósfera misma es la verdader5a sueprficie del planeta, una superficie muy blandita.

Además del tipo de fluido, la resistencia depende de la relación entre el área del objeto y su masa. Un paracaídas, por ejemplo, tiene una velocidad terminal mínima porque pesa muy poco en relación al área que cubre. Sin embargo, un paracaídas enrollado pesa lo mismo y cae más rápido porque ha disminuido su superficie.

La velocidad terminal de caída libre para un ser humano es de unos 200 km/h (y se alcanza en cerca de 5,6 segundos). Cayendo de pie o de cabeza, es posible superar los 300 km/h, pero esa sería, más o menos, la velocidad máxima que un saltador de portales alcanzaría si hay aire entre ellos. Por supuesto, a esa velocidad, el más mínimo movimiento lo haría desplazarse horizontalmente y terminar el experimento muy rápida y dramáticamente.

No debe confundirse la velocidad terminal con la velocidad máxima. Por ejemplo, alguien cuya caída libre comience en la estratósfera, a unos 30.000 metros, tendría al principio poca o casi nula resistencia de parte del aire, ya que a esa altitud el mismo es cerca de un 99% menos denso. Durante un tiempo sería casi como si cayera en el vacío y podría alcanzar velocidades máximas superiores a la del sonido. (En este punto, al no haber casi aire que golpee su cuerpo ni haga ruido, el saltador no tendría ninguna sensación de movimiento.) Al seguir cayendo, no obstante, su velocidad iría menguando hasta igualar la misma velocidad terminal de cualquier otro saltador. La atmósfera terrestre es un airbag que normaliza todas las caídas.

Para alcanzar una velocidad terminal de 300 km/h en un ambiente con atmósfera, entonces, bastaría una caída de 350 metros. Así que no tomaría mucho tiempo llegar a la velocidad terminal entre dos portales: si uno de ellos estuviese ubicado dos metros por encima del otro, el sujeto de pruebas cubriría los 350 metros necesarios pasando 175 veces entre ellos en sólo 8,5 segundos.



Todo termina bastante rápido y de manera aburrida. No tiene caso desperdiciar portales así. Pero si este mismo experimento se hiciera en una cámara de vacío, la historia sería muy diferente...

En el vacío la resistencia del aire no existe, por lo que tampoco importa la forma del objeto que cae ni la postura del saltador. La aceleración durante el curso de la caída libre en el vacío sería igual para una persona, para una pelota y para un átomo, y, en principio, ninguno dejaría de acelerar jamás hasta que algo lo frene. Dicho de otro modo, dado que la velocidad terminal depende de la densidad del medio, en el vacío no hay velocidad terminal porque no hay medio: la velocidad terminal sería infinita.


Da igual que se trate de una persona en caída libre (movimiento vertical) o de una nave que acelere constantemente aumentando su velocidad 9,81 m/s cada segundo. En ambos casos, el objeto aceleraría indefinidamente hasta alcanzar la velocidad de la luz. Le tomaría, sin embargo, 353 días, 16 horas, 53 minutos y 20 segundos (8.489 horas). Podemos resumirlo en "un año".

La distancia necesaria para alcanzar la velocidad de la luz, por lo tanto, sería de 4.581×1012 km o, lo que es lo mismo, 31.000 ua, lo cual te llevaría a los confines del Sistema Solar.

Caída libre en el vacío

Con los portales a dos metros de distancia y en el vacío, nuestro saltador pasaría 2.290 billones de veces por el mismo lugar hasta alcanzar la velocidad máxima.



Además de ser sexy, Einstein tiene razón. Al acercarse a la velocidad de la luz, la masa del objeto tenderá a ser infinita (o tendrá una masa en reposo igual a cero, que implicaría que la gravedad ya no lo afecta y dejará de acelerar). Si la masa llega a ser infinita, significa que la energía necesaria (la gravedad, que es lo que lo está acelerando) debería ser infinita también, pero en nuestro ejemplo es constante. [Es necesario alcanzar un 14% de c para aumentar la masa un 1%.] Pero digamos que puede aspirarse, por lo tanto, a alcanzar el 99,9% de la velocidad de la luz.

La mala noticia es que el saltador ni siquiera podría notar lo rápido que va: La velocidad en sí misma no tiene efectos importantes sobre el cuerpo humano (de hecho, te estás moviendo a más de 1.500 km/h respecto del centro de la Tierra y a más de 100.00 km/h respecto del Sol). Es la aceleración la que puede ser mortal. En nuestro ejemplo de los portales, sin embargo, la aceleración es de 9,81 m/s2, es decir, la aceleración de la gravedad terrestre (1 G), que es la misma que estás sintiendo ahora (salvo que estés haciendo algo raro). Si la aceleración fuese apenas de 2 o 3 G, sentirías el doble o el triple de tu peso; tus tejidos se romperían, tus vasos sanguíneos estallarían y tu corazón tendría que hacer más fuerza de la que puede soportar. Con una aceleración de 10 G, te desmayarías instantáneamente y no notarías tu propia muerte.

Pero para nuestro saltador todo el tiempo la aceleración sería de 1 G. El único vértigo que sentiría al caer entre portales paralelos sería el producido por la velocidad creciente de las cosas que vería a su alrededor (puramente visual). Y en el espacio, demasiado lejos de toda referencia, no notaría siquiera que se está moviendo... hasta que comience a desacelerar. Como dice la sabiduría popular de los conductores ebrios, no es la velocidad lo que mata, sino la abrupta desaceleración.