Tamaño y forma

(los imposibles monstruos de las películas)

 

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King KongSe han realizado muchas películas "de miedo" en las que los protagonistas se ven amenazados por animales semejantes a los reales, pero de grandes dimensiones. Por ejemplo: el gorila gigante King Kong (con siete versiones cinematográficas, siendo la primera la de Cooper y Schoedask en 1933), insectos monstruosos como La Mosca (Kurt Newman 1958), humanos como El ataque de la mujer de 50 pies de alto (Nathan Juran 1958), etc.

Tal vez los hayas encontrado alguna vez en tus pesadillas... tranquilízate: la Geometría nos demuestra que esos monstruos, no sólo no existen, sino que además no pueden existir. Enseguida entenderás por qué.

Imagina una mosca normal, cuya longitud es aproximadamente 5 mm; e imagina una mosca monstruosa, de 5 m. Ahora calcula:

a) ¿Cuál es la razón de semejanza entre las dos moscas?

b) ¿Cuántas veces es mayor la sección (grosor) de las patas de la mosca gigante que las de la mosca normal?

c) ¿Cuántas veces es mayor la masa de la mosca gigante que el de la mosca normal?

d) La presión es la masa (coloquialmente hablamos del peso) soportada por unidad de superficie; se puede medir, por ejemplo, en kg/cm2. Piensa ahora en la presión que soportan las patas de las dos moscas. Al comparar la mosca normal con la mosca gigante, ¿cuántas veces es mayor la presión sobre las patas de ésta que sobre las de la primera?

e) Si existiera esa mosca gigante, ¿qué le ocurriría?

Bajo la imagen terrorífica de la Mosca en cuestión, encontrarás las soluciones:

La mosca

La clave para enfocar correctamente estas situaciones nos la da la llamada Ley cuadrado-cúbica, enunciada por Galileo Galilei (1564-1642):

“Cuando un objeto crece sin cambiar de forma, su superficie aumenta como el cuadrado de una longitud característica del mismo (por ejemplo, su altura), en tanto que su volumen se incrementa como el cubo de dicha longitud” .

a) La razón de semejanza  k entre dos figuras o cuerpos semejantes es el cociente entre cualquier par de segmentos correspondientes. En este caso:

k = 5 m / 5 mm = 5.000 mm / 5 mm = 1.000

Cada segmento del monstruo es 1.000 veces más largo

que el correspondiente de la mosca normal.

b) Según la ley cuadrado-cúbica, cuando la razón de  semejanza (lineal) es k , la razón de áreas semejantes es k2 ; así que en este caso será  k2 = 1.000 2 = 1.000.000

Las patas del monstruo tienen una sección

un millón de veces mayor que las de la mosca.

c) Según la ley cuadrado-cúbica, cuando la razón de  semejanza (lineal) es k , la razón de volúmenes semejantes es k3 ; así que en este caso será  k3 = 1.000 3 = 1.000.000.000

El peso del monstruo (proporcional al volumen) sería

 mil millones de veces el de la mosca normal.

d) Si sobre un área un millón de veces mayor (106) cae un peso mil millones de veces mayor (109), la presión por unidad de superficie se ha multiplicado por 109: 106 = 103; es mil veces mayor en el Monstruo que en la mosca normal.

e) Ante tal aumento de presión, se quebrarían las patas del monstruo. En ese tamaño, un ser con la forma de una mosca no puede sobrevivir.

Y, por análogas razones, también derivadas de la ley cuadrado-cúbica, tampoco es posible la vida de seres en miniatura que se ha recreado en múltiples películas. La precursora y más emblemática de ellas, es El increíble hombre menguante (Jack Arnold 1957) y la más reciente, Una vida a lo grande (Alexander Payne 2017). Apuntaremos dos de esas razones:

- Scott Carey, el hombre menguante, que supondremos 100 veces más pequeño de lo que El increíble hombre menguanteera en su tamaño inicial, tendría una piel 1002 = 10.000 veces menor, para una masa corporal 1003 = 1.000.000 veces menor. Es decir, su masa se habría reducido 100 veces más que su piel. En términos relativos, la relación entre su piel y su masa habría crecido 100 veces.  ¿Resultado?: mucha superficie en relación a poca masa, lo cual le generaría unos insuperables problemas metabólicos. Al tener tanta superficie perdería calor rápidamente y sólo una exagerada voracidad le permitiría mantener la temperatura corporal, como les sucede a los ratones. Los animales de sangre caliente no pueden ser demasiado pequeños. Sin embargo, los peces e insectos pueden ser mucho menores porque su temperatura no es más elevada que la del medio ambiente.

- Por otra parte, la descompensación entre la superficie y el volumen de sus órganos internos alteraría las funciones vitales de Carey. Además, debería tener mucho cuidado en mantenerse seco. Al salir de la piscina, portamos una delgada capa de agua sobre la piel, de peso imperceptible. Pero para Carey, esa capa de agua sería una dura carga, 100 veces más pesada. Quedaría aprisionado por las gotas de agua.

CONCLUSIÓN: En la Naturaleza cada ser vivo tiene una forma adecuada para su tamaño, pero no para otro. Esto se aprecia, por ejemplo, al observar que el hueso de un animal grande no es geométricamente semejante al correspondiente de un animal pequeño; es mucho más grueso, comparado con su longitud, a causa del peso que debe soportar. Las leyes de la proporción y la semejanza hacen que, ante un brusco cambio de tamaño, una forma que era válida en otras dimensiones pase a ser inviable.

Más sobre este tema: capítulo 1, "Cuestión de tamaños", de mi libro Cine y matemáticas: Resolviendo problemas (Guadalmazán 2016).

 

Escenas para la clase:

(contraseña: cinemates)

71. King Kong

Tema: Geometría 3D

 Nivel: 3º-4º ESO

enlace

 

72. El increíble hombre menguante

Tema: Geometría 3D

 Nivel: 3º-4º ESO

enlace

 

propuesta didáctica

 

 

 

 

             (C) José María Sorando Muzás                          

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