Esta semana nos ha costado un poco decidir a quién respondemos porque hemos recibido varias propuestas interesantes, pero finalmente nos quedamos con la de Roger Abella, que nos pregunta cuantos globos de helio se necesitarían para levantar del suelo a una persona y, ya de paso, para levantar la casa de la película «Up».
Para aquellos que no estáis familiarizados con la película, el argumento puede resumirse en esto:
Resolveremos este problema calculando la cantidad de masa que es capaz de levantar un determinado volumen de helio, luego veremos cuantos litros de helio contiene un globo y podremos deducir cuántos globos serán necesarios. Empecemos.
Todos estamos familiarizados las densidades (y, si no lo estáis, aquí lo tratamos cada vez que hablamos del mercurio): toda cosa menos densa que otra, tiende a flotar sobre ella. Por ejemplo, un litro de agua pesa 1 kg, como el acero pesa 8 kg por cada litro, se hundirá en el agua, pero como el aceite pesa 0.8 kg por litro, flota. Aquí hay más ejemplos.
Este fenómeno no se limita a los líquidos. Hay gases mucho más densos que otros, como por ejemplo el hexafluoruro de azufre (6.7 gramos/litro), que en el siguiente vídeo llena un recipiente y desplaza fuera resto del aire (1.2 gramos/litro). Un pequeño barco improvisado (y ligero, no nos engañemos) sobre un tanque lleno de este gas pesado e invisible, flota encima como por arte de magia.
Volviendo a lo nuestro, hemos dicho ya que un litro de aire, a 20ºC, pesa 1.2 gramos. El helio, mucho menos denso, pesa 0.178 gramos por cada litro del gas. Es decir, que el un litro de helio tenderá a «flotar» encima del aire a menos que añadamos los 1.022 gramos que faltan para igualar la densidad del aire. En ese punto, el volumen de helio y la masa que lo contrarresta estarán equilibrados: ni caerán al suelo, ni tenderán a subir. Por tanto, el número mínimo de globos que necesitaremos para levantar una persona o una casa será el que consiga este efecto.
Para calcular en qué medida el helio tenderá empujar el globo hacia arriba, primero tenemos que elegir el tipo de globo que usaremos, lo que determinará el volumen de gas que cabe en su interior. Para la ocasión hemos optado por este globo de feria de Bob Esponja terriblemente inapropiado.
El volumen del globo, excluyendo todos los miembros, asumiendo un grosor de unos 5 centímetros, es de 0.129558 metros cúbicos, lo que equivale a 12.95 litros. Como cada litro de helio puede levantar 1 .022 gramos de peso, uno solo de nuestros globos es capaz de levantar 13.25 gramos.
A partir de aquí, ya está el asunto prácticamente resuelto:<
Para levantar una persona de 75 kg, harán falta 5.661 globos de helio.<
Para levantar a Chandra Bahadur Dangi, el actual hombre más bajo del mundo, se necesitarían «sólo» 1.133 globos.
Un sólo globo de helio podría levantar hasta 7 musarañas etruscas, el mamífero más pequeño del mundo.
Pero, volviendo a la pregunta, a Roger también le interesa saber cuantos globos harán falta para levantar la casa de «Up».
Este señor de «The Seattle Times» comenta que una casa estándar americana de madera pesa entre 80.000 y 160.000 libras (sin los cimientos), por lo que tomamos la media, 120.000 libras, que en unidades que tienen algún sentido son 53.432 kilogramos.
Por tanto, levantar la casa de «Up», suponiendo ese peso, requeriría 4.032.604 globos de Bob Esponja.
Pero en Europa no construimos casas de madera. En Europa no permitimos que una panda de globos de pacotilla se lleve nuestra casa por los aires, así que hacemos nuestros hogares de hormigón.
Es complicado calcular cuanto pesa una casa de hormigón, pero podemos hacer una estimación. Sabemos que la casa de «Up» pesa unos 53.432 kg y, según este catálogo de maderas para construcción, podría estar hecha de madera de abeto de Douglas (pseudotsuga menziesii), una madera muy ligera con buenas propiedades mecánicas.
Teniendo en cuenta que esta madera tiene una densidad de 0.38 kg/litro, podemos calcular que el volumen de material de construcción que contiene la casa es de 140.6 metros cúbicos. Ahora, sabiendo que le hormigón pesa 2.400 kg por metro cúbico, deducimos que la misma casa, hecha de hormigón, pesará 337.465 kg y necesitaremos 24.813.623 globos para levantarla (un 0.13% de la producción anual mundial de helio).
Pero aparecen problemas cuando intentamos usar millones de globos para levantar una casa de hormigón (lo raro sería que no surgiese ninguno). Más que nada, porque el peso de la casa tira de los cables hacia abajo y estos tienden a adoptar ángulos más cerrados. A consecuencia de ello, todos los globos intentan desplazarse hacia el centro para adaptarse a la situación y rozan entre ellos con mucha fuerza, por lo que probablemente la fricción destroce prácticamente todos los globos del centro de la esfera.
Es por eso que, cuando quiere lanzarse un globo que requiera una cantidad enorme de gas, se construye uno muy grande en vez de unir muchísimos globos pequeños. Por regla general, cuanto menor sea el número de cosas que tienes que controlar, menos probabilidades tienes de que algo salga mal.
Tomando ejemplo de 300 años de investigación con globos, en vez de fijar casi 25 millones de Bob Esponja lascivos a nuestro tejado, podríamos construir un sólo globo de 150x150x15 metros para asegurarnos de que nada falla y nuestra casa no termina estrellándose contra el suelo.
