La física del fuego-control
La física de Avatar: The Last Airbender y The Legend of Korra
Continuemos nuestro viaje a la física de la flexión con el elemento de poder, el fuego.
Te recomiendo que leas mis tres primeros posts sobre la física de Avatar y Korra si no lo has hecho ya. Será importante para entender el resto de esta serie.
Lo más sencillo que pueden hacer los maestros fuego es calentar cosas. Incluso se ha demostrado que lo hacen sin producir llamas. Bajo nuestra hipótesis de que los maestros del fuego utilizan la electricidad y el magnetismo, podemos deducir que los maestros del fuego hacen esto simplemente haciendo pasar una corriente eléctrica a través del material que están calentando. Como la electricidad no se mueve a través de la mayoría de los materiales con una eficiencia perfecta, parte de la energía eléctrica de una corriente se convierte en energía térmica que calienta su entorno.
Absorción y redirección del calor
Además de calentar objetos, los maestros fuego también pueden enfriarlos. Probablemente lo hacen aplicando cargas eléctricas a nivel atómico que ralentizan el movimiento de las partículas de una sustancia. Esto sería muy similar a la forma en que los maestros agua congelan el agua en hielo. La energía de los átomos que se enfrían tendría que ir a alguna parte, así que se convertiría en energía cinética de las partículas que crean los campos eléctricos. Los maestros fuego podrían entonces mover estas partículas de carga lejos del material que se está enfriando, llevándose el calor con ellas. Para que las partículas del material que se está enfriando se vean afectadas por los campos eléctricos, los maestros del fuego tendrían que cargarlas primero mediante la ionización. Las cargas en movimiento crean un campo magnético, y un campo magnético cambiante crea una corriente eléctrica. Por lo tanto, el cambio en el movimiento de las partículas cargadas podría inducir una corriente eléctrica portadora de energía que los maestros fuego podrían utilizar para sus dobleces. Esto explica por qué el fuego-control es más fuerte en presencia de mucho calor como durante el regreso del Cometa de Sozin.
Los maestros fuego también podrían utilizar esta técnica para enfriar sus propias llamas. Muchos de los átomos de las llamas ya están ionizados y ya serían susceptibles a los campos eléctricos. Dado que los núcleos atómicos son más masivos que los electrones, los campos eléctricos colocados adecuadamente podrían ralentizarlos mientras empujan a los electrones más rápido y en nuevas direcciones. La ralentización de los núcleos enfriaría las llamas pero dejaría a los diminutos electrones moviéndose muy rápido. Dado que la energía térmica es proporcional a la masa, el hecho de que los electrones estén a una temperatura elevada no haría necesariamente que la llama estuviera caliente. Sin embargo, seguiría siendo una llama porque su estado de materia seguiría siendo lo que se conoce como un plasma parcial. Los Maestros Fuego pueden querer enfriar sus llamas cuando entrenan para no quemar a sus oponentes. Aquí hay un vídeo sobre la creación de plasmas parciales fríos:
Crear, mantener e intensificar el fuego
El fuego-control es único porque el fuego no es tanto una sustancia física como una reacción química en curso. Las llamas reales que ves son los productos de la reacción entre alguna fuente de combustible y el oxígeno. La llama es caliente y visible porque parte de la energía que estaba almacenada en los enlaces químicos de los reactivos se libera en forma de calor, luz y sonido. Entendiendo lo que es el fuego, podemos deducir que los maestros del fuego lo crean en tres pasos. En primer lugar, utilizan corrientes eléctricas controladas con precisión para ionizar las moléculas de dióxido de carbono, hidrógeno y oxígeno del aire. A continuación, utilizan campos eléctricos para recombinar los átomos ionizados con los electrones libres y formar nuevas moléculas. Las colisiones entre las partículas que forman estas moléculas las dejan con una alta energía cinética, lo que significa que tienen la energía necesaria para la combustión espontánea. Finalmente, las moléculas formadas a partir de los iones entran en combustión espontánea y se convierten en dióxido de carbono y vapor de agua. Estos reactivos son los que se ven en las llamas. Las moléculas que los pirómanos forman para la combustión son probablemente alcanos, como el metano y el propano, así como otros hidrocarburos, como el petróleo, además de oxígeno y agua como producto de desecho. Esta explicación significa que los maestros fuego fabrican literalmente el combustible para su fuego de la nada. He aquí un ejemplo de una de las posibles reacciones que los maestros fuego podrían provocar:
Ahora es importante que hablemos del tipo de combustión que se produce. Basándonos en los colores del fuego que vemos en Avatar, parece que la mayoría de los maestros fuego utilizan la combustión incompleta. Se trata de una combustión en la que la reacción no recibe suficiente oxígeno y arde en color amarillo o rojo. Estas llamas son menos calientes que las de la combustión completa, que es cuando el fuego puede recibir suficiente oxígeno y arde de color azul. Por tanto, el fuego-control azul se consigue con la combustión completa y libera más calor que el fuego-control normal. El color amarillo o rojo de la combustión incompleta es el resultado de que las partículas finas de la sustancia que se quema se elevan sin reaccionar y brillan debido a la incandescencia. La incandescencia es cuando un objeto irradia energía calorífica en forma de luz visible. Para que esto nos dé los colores amarillo, naranja y rojo-anaranjado del fuego que vemos a lo largo de Avatar y Korra, los maestros fuego tendrían que estar creando una gran cantidad de hidrocarburos capaces de alcanzar temperaturas incandescentes sin combustionar durante la combustión incompleta.
El problema de la combustión incompleta es que produce monóxido de carbono, que es peligroso para los humanos en cantidades suficientemente grandes. Los maestros del fuego podrían evitar esto utilizando su control preciso del electromagnetismo para forzar al oxígeno y al monóxido de carbono a reaccionar y formar dióxido de carbono. El tipo de combustión completa utilizado por los maestros del fuego azul produciría vapor de agua. El vapor de agua es un gas de efecto invernadero, que ayudaría a las llamas a transferir el calor, pero sería malo para el medio ambiente. Los maestros del fuego podrían evitar esto haciendo pasar una corriente eléctrica a través del vapor de agua que crean. Eso lo rompería en moléculas de hidrógeno y oxígeno a través de un proceso llamado electrólisis.
Moviendo, dando forma y desviando el fuego
Ahora sabemos cómo los maestros fuego hacen el fuego, pero ¿cómo son capaces de controlar su forma y movimiento? La respuesta es bastante sencilla y tiene que ver con la naturaleza de las llamas. Las llamas son plasmas parciales, lo que significa que algunos de sus átomos se han ionizado como resultado de la energía liberada por la combustión. Como las llamas contienen iones, pueden verse afectadas por las corrientes eléctricas. Cuando una corriente eléctrica atraviesa una llama, los iones positivos de la llama se mueven hacia la corriente entrante y los iones negativos se mueven hacia la corriente saliente. Esto produce una especie de forma de mariposa en la llama:
Usando esta propiedad de las llamas, podemos imaginar que un circuito en movimiento arrastraría a lo largo de una llama, y a medida que la llama se mueve el maestro fuego cambia continuamente el lugar donde crean la combustión para que la llama no se extienda. El fuego-control así se puede visualizar usando este diagrama:
Las llamas también pueden ser repelidas o atraídas en una sola dirección aplicando un campo eléctrico. Aquí hay un vídeo que demuestra ese efecto:
Usando estos procesos con la suficiente precisión, un maestro del fuego con control sobre el flujo de electricidad podría mover las llamas en casi cualquier dirección que quisiera. Esto se aplica a las llamas que ellos mismos producen, pero también a las llamas que se producen de forma natural o que son producidas por otros maestros del fuego.
Una imagen común que vemos en las peleas entre maestros fuego es la de las llamas producidas por un maestro empujando contra las llamas del otro. Sospecho que lo que realmente estaría ocurriendo aquí es que los maestros fuego cambian la dirección en la que fluyen las corrientes eléctricas que están creando. Lo hacen para cambiar la alineación de los campos magnéticos creados por cada circuito para que sean iguales a la mayoría de los circuitos cercanos creados por el otro maestro de fuego en sus llamas. Los campos magnéticos de los circuitos se repelerían entonces en su mayoría, separándose y arrastrando las llamas con ellos. Este efecto haría que las llamas parecieran empujarse unas a otras.
Las corrientes eléctricas suficientemente fuertes pueden extinguir las llamas, por lo que los maestros fuego podrían apagar los incendios existentes. Los átomos de las llamas permanecen ionizados incluso después de que la llama se apaga, por lo que los maestros fuego también serían capaces de controlar el movimiento del humo.
Combustión-control
Ahora que sabemos cómo funciona el fuego-control normal, podemos entrar en las técnicas avanzadas. Una de estas técnicas es el fuego-control, cuyo nombre es algo engañoso ya que casi todo el fuego-control sería una forma de combustión. En cualquier caso, los maestros de la combustión parecen disparar un rayo de calor, gas caliente o plasma directamente a un punto concentrado para que se expanda de una vez. Mi hipótesis es que este haz es en realidad fuego de hidrógeno, que arde con menos intensidad que otros fuegos y es más difícil de ver. Pero si el fuego es menos caliente, ¿cómo puede estar creando explosiones tan grandes? Bueno, creo que lo que ocurre es que se está produciendo tanto fuego de hidrógeno con tanta rapidez y luego se desplaza tan rápido que el pequeño volumen en el que acaba antes de explotar tiene una presión y una energía térmica extremadamente altas. El fuego se mantiene acorralado en espacios reducidos con los maestros de la combustión, así que la diferencia de presión entre las llamas compactas y el aire circundante produce una poderosa onda de choque cuando las llamas se liberan.
Los anillos que vemos salir del rayo mientras se desplaza podrían ser fuego que se escapa hacia el aire de menor presión. Tal vez los maestros de la combustión tengan que dejar salir algo de fuego o, de lo contrario, la explosión se produce demasiado pronto.
Propulsión de fuego
La propulsión de fuego funciona de forma muy parecida a como describí el funcionamiento de la propulsión de agua en un post anterior. Primero, un maestro fuego carga su propio cuerpo con electricidad para repeler los iones de las llamas. Entonces, producen llamas que son rápidamente repelidas de su cuerpo. Utilizan el método que determinamos antes para acorralar el fuego de manera que sólo pueda escapar en la dirección que el maestro fuego desea. Así es como se dirigen. Mientras el fuego sale disparado en una dirección, el maestro fuego cargado es empujado hacia el otro lado gracias a la tercera ley del movimiento de Newton. Me alegro especialmente de haber sido capaz de pensar en una explicación para este movimiento porque es un tropo muy común para los piroquinéticos y es impresionante.
Fire Whirls
Los torbellinos de fuego son acontecimientos reales que suelen producirse durante los incendios forestales. Se producen porque el aire caliente que se eleva desde el fuego se mueve tan rápidamente que crea un fuerte viento. Más aire entra en la columna ascendente y añade un momento angular que hace girar el fuego. Así es como se ven en la vida real:
Los remolinos de fuego arden más que los incendios normales porque absorben más oxígeno. Los maestros de fuego que crean torbellinos de fuego como estos liberarían una gran cantidad de energía. No sólo eso, los ataques tendrían más impulso porque estarían aspirando más masa y expandiéndose rápidamente a lo largo del eje de rotación.
Sin embargo, los torbellinos de fuego también podrían utilizarse para atacar a los oponentes indirectamente creando fuertes ráfagas de viento caliente. Un maestro fuego puede optar por hacer esto para aumentar el área que queda atrapada en su ataque o para hacer retroceder a un oponente sin tener que quemarlo. Lo vemos en el episodio Zuko Alone, donde Zuko crea un remolino de fuego que empuja a su oponente hacia atrás sin quemarlo. Más tarde utiliza un movimiento similar en una pelea de entrenamiento con Aang.
Generación y redirección de luz
Ya hemos mencionado que los maestros fuego necesitan generar corrientes eléctricas para hacer firebending. Dado que los rayos se producen como resultado de la electricidad que se mueve a través del aire, producir un rayo significaría producir un voltaje lo suficientemente alto como para superar la resistencia eléctrica del aire. Sin embargo, los maestros fuego podrían hacerlo mucho más fácilmente enviando luz a través de sus llamas. Como las llamas están parcialmente ionizadas, es más fácil enviar electricidad a través de una llama que a través del aire. Este video demuestra el efecto:
Si los maestros fuego envían electricidad a través de las llamas para producir un rayo, esto explica cómo son capaces de controlar su movimiento a través del aire y redirigirlo. Redirigir el rayo sólo significa crear un camino de llamas para que la electricidad viaje a través de él. Esto también explica por qué es posible que los personajes de la serie reaccionen a los rayos. En la naturaleza, los rayos se mueven a 300.000 kilómetros por hora (demasiado rápido para esquivarlos o verlos venir). Los rayos de los Maestros Fuego parecen moverse mucho más despacio que los rayos naturales, probablemente porque las llamas que atraviesan los rayos no se mueven tan rápido. Los ataques relámpago que vemos en la serie no son relámpagos individuales, sino rayos repetidos, cada uno de los cuales viaja lo más lejos posible antes de quedarse sin fuego que atravesar. El rayo sólo alcanza su objetivo una vez que las llamas alcanzan el suyo. Este concepto también explica por qué los relámpagos en el espectáculo parecen fluidos y tangibles, lo que en realidad estamos viendo son llamas que conducen grandes cantidades de electricidad.
Tal vez no vemos las llamas en sí porque no son especialmente brillantes. Una llama tenue como la de un fuego de hidrógeno seguiría siendo mejor conductora de electricidad que el aire. Los fuegos de hidrógeno implican menos átomos que otros tipos de combustión, por lo que necesitarían menos energía para crearse. Los maestros del fuego querrían utilizar llamas más débiles para iluminar la dirección, de modo que pudieran ahorrar energía para generar el propio rayo. Cualquier luz que el fuego de hidrógeno emitiera sería ahogada por el brillo del rayo que lo atravesara.
Creando diferentes colores de fuego
Ya hablé de los cuatro colores principales del fuego en el programa -amarillo, naranja, rojo-naranja y azul- y ni siquiera habría incluido esta sección si no fuera por lo visto:
Aquí vemos a los maestros fuego originales produciendo llamas rojas, amarillas, naranjas, verdes y moradas. Normalmente las llamas toman colores inusuales debido al material que se quema. La explicación más sencilla es que los dragones expulsan sustancias químicas que dan al fuego estos colores. Sin embargo, Zuko crea posteriormente los mismos colores de fuego en el cómic canon Humo y Sombra. Así que esta coloración del fuego debe tener algo que ver con la forma en que se dobla el fuego y no con lo que se quema. Se me ocurren dos formas de que esto ocurra.
- Los dragones están controlando tan bien la temperatura de las llamas utilizando campos electromagnéticos que pueden crear regiones en el fuego que arden a diferentes temperaturas sin que el calor fluya entre ellas. Estas diferentes secciones de llamas emitirían diferentes frecuencias de luz similares a los píxeles rojos, azules y verdes de una pantalla de ordenador. En este caso, las llamas de los píxeles emitirían luz azul, roja, naranja y amarilla. No se emitiría ninguna luz verde o púrpura. Cualquiera que mirara sólo vería una mezcla de azul y rojo o azul y amarillo y su cerebro lo interpretaría como púrpura o verde respectivamente. Este es el escenario menos probable, ya que probablemente requeriría una cantidad mucho más loca de energía para lograrlo.
- Los dragones utilizan fuerzas electromagnéticas para controlar los niveles de energía de los electrones que flotan libremente en las llamas. Diferentes materiales producen llamas de diferentes colores porque su estructura atómica sólo permite que los electrones cambien de energía en ciertas cantidades. La cantidad de energía que pierden los electrones determina la frecuencia de la luz emitida. Cuando los electrones se desprenden de los átomos, acceden a un número mucho mayor de niveles de energía y pueden emitir frecuencias de luz más definidas. Si los maestros fuego pudieran afectar directamente a la energía de los electrones cuando se desligan utilizando el electromagnetismo, podrían controlar la frecuencia exacta de la luz emitida, incluyendo posiblemente colores como el verde y el violeta. Esta es la opción más directa y probable.
Atraer energía del Sol
Ya he mencionado cómo los maestros fuego podrían extraer energía del calor que les rodea, por lo que tiene sentido que el calor procedente del Sol pudiera potenciarles. También creo que es posible que los maestros fuego puedan aprovechar la energía directamente de la luz solar. Si las cuasipartículas emitidas por los maestros fuego interactúan con fotones de luz, podrían ganar energía. Esa energía podría entonces ser transferida a un maestro fuego a través de la inducción electromagnética. Las cuasipartículas excitadas producirían campos magnéticos cambiantes que a su vez producirían corrientes eléctricas portadoras de energía útil. Esto haría que los maestros fuego fueran una especie de células fotovoltaicas, que convierten la energía de la luz en energía eléctrica. Los maestros fuego deben ser capaces de almacenar esta energía a lo largo del tiempo, de lo contrario no podrían doblarse por la noche. En cuanto a que pierdan su capacidad de curvatura durante un eclipse solar, eso no tiene sentido porque sugiere que también deberían perder su capacidad de curvatura por la noche cuando la Tierra está entre ellos y el Sol. Vamos a atribuirlo a la magia de los espíritus.
Con esto concluye nuestro análisis de la física del fuego-control.
En mi próximo post, analizaré la física del aire-control. Como siempre, decidme de qué manera podría mejorar mis hipótesis de este post o explicarlas mejor. Hasta la próxima.
Trabajos citados
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