Diseño de grifo alienígena

El vuelo, y las dimensiones de las superficies que lo permiten, siguen aproximadamente la ley del cuadrado-cubo. En pocas palabras, si duplica cada dimensión del fuselaje de un avión, el fuselaje se verá intuitivamente cuatro veces más grande cuando se vea desde cualquier ángulo (2*2), pero el volumen que ahora puede contener el avión es en realidad ocho veces el avión original ( 2*2*2). Por lo tanto, las alas deben poder proporcionar ocho veces la sustentación de las más pequeñas, y eso casi siempre se traduce en un ala que es más grande en proporción al fuselaje que en un avión más pequeño. Entonces, cuanto más grande sea el objeto que tienes que levantar del suelo, más grandes serán las alas, y el tamaño de las alas no se escala linealmente a ninguna sección transversal del objeto.

Por ejemplo, las dos familias de buitres se encuentran entre las aves voladoras más grandes. El buitre negro, común en el sur de los EE. UU. y América Latina, tiene una envergadura de aproximadamente 6 pies y una longitud de cuerda de aproximadamente 2 pies, para levantar una masa de aproximadamente 6 libras, lo que le da al buitre una carga alar de aproximadamente 0.5 lb/ft^2 . Para levantar un Pegasus, con una masa de alrededor de 1200 libras, con la misma carga alar que permite características de vuelo similares, se necesitarían 2400 pies cuadrados de área alar, comparable a la huella de los cimientos de una gran casa estilo rancho, y si la envergadura del ala y la longitud de la cuerda fueran proporcionales para el buitre, estamos hablando de un ala total de aproximadamente 90 pies por 25 pies, por lo que la longitud de la cuerda es aproximadamente 3 veces la del caballo.

Las tres soluciones, dos bastante reales y una totalmente fantástica, son:

• Haz que el animal sea más ligero. Un grifo podría estar más cerca de la masa de un gato grande, alrededor de 400 libras. Eso solo requeriría un área de ala de 800 pies cuadrados, o un ala de aproximadamente 50 por 16 pies. Todavía más allá de lo práctico, pero no tan ridículo.

• Haz que el animal vuele más rápido. Los buitres y otras aves grandes como las rapaces no tienden a volar tan rápido, prefiriendo planear sobre su territorio en busca de presas o carroña (aunque pueden reducir el área de sus alas y aumentar su carga alar para tener menos resistencia y mayor velocidad; el ' La moda de los años 70 de "alas giratorias" en aviones militares se basó en parte en esta habilidad). Con una brisa ligera y una corriente térmica del suelo, muchas de estas aves pueden flotar más o menos. Los seres humanos suelen utilizar máquinas voladoras (o animales) como transporte para llegar a algún lugar más rápidamente, por lo que incluso los aviones apreciados por su comportamiento de manejo dócil como el Cessna 152 tienen cargas en las alas cercanas a 10 libras por pie cuadrado, lo que reduce la resistencia pero aumenta la velocidad de pérdida (y por lo tanto velocidades de despegue/aterrizaje). Incluso los ala delta y los parapentes tienen al menos el doble de carga alar que las aves. Si aumentamos la carga alar en un orden de magnitud a 5 libras por pie cuadrado, nuestro grifo de 400 libras solo necesitaría un área de ala de 80 pies cuadrados, o una envergadura de aproximadamente 16 pies y una cuerda de aproximadamente 6 pies. Eso es bastante más proporcional al tamaño del animal; si las alas se plegaran de manera similar a las de un buitre, se empaquetarían en un tramo de aproximadamente 3 pies a lo largo de cada flanco. Sin embargo, en el mundo real, el animal tendría que estar a toda velocidad para despegar, mientras que la mayoría de las representaciones de estas criaturas permiten un despegue similar al de un pájaro desde un punto de partida. d empaca en aproximadamente un tramo de 3 pies a lo largo de cada flanco. Sin embargo, en el mundo real, el animal tendría que estar a toda velocidad para despegar, mientras que la mayoría de las representaciones de estas criaturas permiten un despegue similar al de un pájaro desde un punto de partida. d empaca en aproximadamente un tramo de 3 pies a lo largo de cada flanco. Sin embargo, en el mundo real, el animal tendría que estar a toda velocidad para despegar, mientras que la mayoría de las representaciones de estas criaturas permiten un despegue similar al de un pájaro desde un punto de partida.

• Magia. Muchos mundos de fantasía tienen criaturas voladoras con alas ridículamente pequeñas. La única explicación de cómo una criatura así podría volar es que su habilidad no es completamente natural.

Para cualquier cosa voladora (viva o mecánica), hay dos preocupaciones principales:

• El peso del objeto debe ser lo más pequeño posible.
• La criatura debería poder empujar tanto aire hacia abajo/hacia atrás como sea posible.

Los pájaros y los aviones son los mejores ejemplos de eso. Las aves tienen un esqueleto realmente liviano y sus músculos son mucho más poderosos (en términos de masa) que los de un mamífero. Entonces, para la misma masa muscular, los músculos de las aves proporcionan un empuje más poderoso que se usa para empujar el aire.

Ahora, en cuanto a la criatura voladora más grande en la historia de la Tierra, recomiendo leer en detalle sobre Quetzelcoatlus y Hatzegopteryx . ¡Ambos eran pterosaurios (primos de los dinosaurios, que vivieron en su época) y ambos tenían una envergadura de más de 10 metros (33 pies) de largo! ¡Sus masas son un signo de interrogación, con un límite inferior de ~ 40 kg, mientras que algunos estudiosos piensan que podrían haber tenido masas cercanas a los ~ 200 kg! Los cálculos aerodinámicos predicen que es imposible tener un ser vivo con un tamaño mayor que ese.

De todos modos, solo consigue algo en el rango de tamaño de estas criaturas y dale una masa de ~150 kg (para que pueda volar mientras lleva una masa de ~70 kg en su espalda).

Una cosa más, cuanto más espesa es la atmósfera de un planeta, más fácil se vuelve para la criatura levantarse/avanzar (aunque no es tan simple como eso). Pero no opte por una atmósfera más de 1,5 veces más densa que la de la Tierra.

Si está abierto a jugar con la gravedad y la atmósfera del planeta, los voladores pesados ​​​​se vuelven mucho más plausibles (aunque a costa de hacer que el planeta sea menos hospitalario para los humanos visitantes).

Parámetros relevantes:

• Menor gravedad
  • Menos peso para que levanten las alas
  • Menos peso para que los huesos y los músculos necesiten apoyo, por lo que los huesos en sí pueden ser más livianos.
• Una atmósfera más densa
  • Cada movimiento de las alas puede proporcionar más empuje, lo que debería permitir un vuelo más rápido con menos potencia.
    • Por otra parte, el aire más denso significa un arrastre de presión proporcionalmente mayor, pero no sé cuánto importa eso
  • El deslizamiento proporcionará más sustentación, ya que, de nuevo, hay más aire para impulsarse
    • Por otra parte, menos gravedad probablemente signifique una velocidad de planeo más lenta, lo que puede cancelar o no el impulso de sustentación.

Si bien ciertamente no estoy calificado para analizar todos los efectos posibles de todos esos factores diferentes, puedo probar algunos de los que parecen más simples.

Digamos que el grifo ideal tiene el cuerpo de un león (250 kg y 3,0 metros de largo, llámelo) , y las alas de un águila calva escaladas para que coincidan con la longitud y el ancho del león. Las águilas calvas típicas pueden tener una longitud de 1,02 m, una envergadura de 2,3 m y una masa de 6,3 kg . Escalando eso por un factor de 3 da un ave de 3,06 m de largo, con una envergadura de 6,9 ​​m. Si asumo que la sustentación es probablemente proporcional al área de las alas del ave, que es proporcional al cuadrado de la envergadura, esta águila debería poder levantar 56,7 kg (9 veces su masa terrestre) y algo más. Que es menor que la masa del ave en sí (170,1 kg = 6,3 kg * 3 ^ 3), y no se acerca a la masa de nuestro león. Esa es la Ley del Cuadrado-Cubo en acción.

Sin embargo, ese no es el final de la historia. Si queremos que el grifo sea capaz de levantar sus 250 kilogramos tan fácilmente como nuestra águila gigante terrestre puede levantar 56,7 kg de su masa, podemos reducir la gravedad y espesar la atmósfera para compensar.

Para volar en el planeta (llámalo P), necesitamos

$$F_{l_P} \ge F_{g_P}$$ (lea eso como "Fuerza de sustentación en P $\ge$fuerza de gravedad sobre P")

Dado que una atmósfera más densa dará más sustentación en comparación con la Tierra

$$F_{l_E} \cdot \frac{\rho_P}{\rho_E} \ge F_{g_P}$$ Sustituyendo en masa * aceleración gravitacional por esas fuerzas (de la segunda ley de movimiento de Newton, F = ma) $$m_{equiv} \cdot g_E \cdot \frac{\rho_P}{\rho_E} \ge m \cdot g_P$$ dónde $m_{equiv}$es la cifra de 56,7 kg calculada anteriormente.

Reorganizando eso un poco da

$$\frac{m_{equiv} \cdot \rho_P}{\rho_E} \ge \frac{m \cdot g_P}{g_E}$$ Después de sustituir algunos valores conocidos $$\frac{56.7 \cdot \rho_P}{\rho_E} \ge \frac{250 \cdot g_P}{g_E}$$ Y después de reorganizar de nuevo $$\frac{\rho_P}{\rho_E} \ge 4.41 \frac{g_P}{g_E}$$

Así que la atmósfera de este planeta tendría que ser unas 4,5 veces más densa que la de la Tierra, o la gravedad en su superficie tendría que ser 4,5 veces más débil, o algo intermedio. En teoria.

Recomendaría reducir la gravedad en al menos un factor de 3, si no 4. Esto se remonta a la ley del cubo cuadrado: aunque el área de la sección transversal (y por lo tanto la fuerza) de los huesos del ala del águila aumentó en un factor de 9, el grifo pesa mucho más que 9 veces lo que pesa un águila. Entonces, las alas del grifo podrían romperse cada vez que intenta despegar en la gravedad de la Tierra, con una atmósfera más densa o sin ella.

Entonces, la pregunta es: ¿podría un planeta con mucha menos gravedad que la Tierra mantener una atmósfera tan espesa el tiempo suficiente para que los grifos evolucionen? Por supuesto. Venus y Titán tienen atmósferas mucho más espesas que la Tierra; y la gravedad de Titán también es mucho más débil. No sé por qué existen estas condiciones en esos mundos, pero claramente lo hacen.

Finalmente, ¿evolucionaría tal criatura en tal entorno? Lo dudo; no como lo describí. Los leones son grandes y voluminosos; el grifo clásico seguramente sería superado por algo con un cuerpo más pequeño, liviano y aerodinámico; en resumen, algo más parecido a un pájaro. ¿En cuanto al diseño más reptiliano en tu pregunta? Por supuesto. Quizás. No sé. No soy biólogo.

En cuanto a montarlos: no tengo idea, pero probablemente tendrás más suerte con las alas de pájaro que se adhieren a los hombros del grifo que con las alas de murciélago que se extienden hasta las patas traseras y la cola. Si las personas van a ensillar estas cosas, necesitarán un lugar donde poner los pies, y las alas de murciélago se interpondrían en el camino. A menos que el jinete estuviera más posado sobre los hombros del grifo, en cuyo caso el peso del jinete estaría seriamente desequilibrado. Dragonriding tiene problemas similares que ya se han discutido aquí en Worldbuilding... en alguna parte.

En vuelo hay 4 fuerzas actuando en pares:

• Peso vs Ascensor
• Arrastre vs Empuje

Para volar, la sustentación debe ser igual o superior al peso y el empuje debe ser igual o superior a la resistencia.

La facilidad de vuelo escala directamente proporcional a la densidad del aire e inversamente proporcional al valor de la gravedad.

Entonces , si aumenta la densidad del aire (relacionada proporcionalmente con la presión) y disminuye la aceleración gravitacional, puede hacer que casi cualquier cosa vuele.

A la aceleración gravitacional de la Luna con las presiones atmosféricas terrestres, los humanos podrían volar con alas que se deslizan sobre sus brazos.

Si está interesado en un tratamiento más técnico, revisé los cálculos en otra respuesta y podría vincularlo.