¿Qué tamaño tendría que tener un par de alas para permitir que un ser humano adulto vuele en un entorno determinado?

Disfrutemos un poco de Mad Science , aquí.

Suponiendo que el mundo se describe aquí: hacer que Enterprise vuele (60% de la gravedad de la tierra, 50% de atmósfera más densa), ¿cuál es la envergadura necesaria para permitir que un humano adulto promedio vuele?

Supongamos alas plumosas, y que el humano alado resultante necesita poder volar bien , no solo hundirse en el aire técnicamente volando.

Tenga en cuenta que el área del ala es lo que realmente importa, no solo la envergadura del ala.
La verdad, aunque la altura del ala está bastante limitada por la altura de la persona. 175,3 cm de media para un macho.
Creo que esta sería una pregunta mucho más valiosa con condiciones normales similares a las de la Tierra...
@Liath Esa pregunta se ha hecho. Mucho, de verdad: wired.com/2012/01/why-cant-humans-fly-like-birds
Wingspan no es el único factor limitante aquí. Si realmente necesita volar (no solo planear), entonces también necesita potencia. No creo que los músculos de los brazos humanos sean capaces de proporcionar esa potencia en condiciones similares a las terrestres (nuestros músculos más fuertes de las piernas son apenas lo suficientemente fuertes, con el engranaje adecuado). Aparentemente, esto sería posible en Titán: what-if.xkcd.com/30
Solo una idea interesante: se requeriría menos envergadura / potencia si se agregara un órgano adicional similar a la vejiga de aire de un pez. ( Imagínese si se llenara con helio o algún otro gas liviano, para hacer que una persona sea más liviana ) Quizás es toda la cavidad torácica la que se mantiene llena.
El albatros Gossamer arroja algo de luz sobre el asunto... una combinación de gran masa corporal y baja potencia muscular dicta una carga alar baja, por lo tanto, alas muy grandes.
La respuesta que está buscando... sciencefocus.com/article/human-body/…
¿Está reemplazando los brazos humanos con alas de plumas, o las alas son adicionales a los brazos? Hay muchas implicaciones para el primero, en comparación con los murciélagos, por ejemplo.

Respuestas (4)

Según google:

Las especies más grandes de murciélagos son algunas especies de Pteropus (murciélagos frugívoros o zorros voladores) y el zorro volador gigante de corona dorada con un peso de hasta 1,6 kg (4 lb) y una envergadura de hasta 1,7 m (5 pies 7 pulgadas).

También nos dice que

Mientras que la masa corporal promedio a nivel mundial era de 62 kg, los norteamericanos pesan 81,9 kg.

Ha dicho promedio a una gravedad de 0,6 g, así que diremos que use 38.

En realidad, es el área de superficie del ala en lugar de la envergadura lo que genera sustentación. Haciendo una gran simplificación, supondremos que el murciélago tiene alas cuadradas. Supongamos que nuestro murciélago tiene un área de superficie aproximada del ala de aproximadamente 2,9 metros cuadrados, lo que da una relación de área de superficie a peso de 1,8.

Podemos aumentar la escala aquí... un humano de 62 kg con una gravedad de 0,6 requeriría un área de superficie alar de 68 metros cuadrados, lo que equivale a una envergadura de aproximadamente 8,5 metros.

Estos son cálculos MUY aproximados (para uno, nunca he visto un murciélago con alas cuadradas), sin embargo, espero que ilustre que un humano necesitaría alas enormes en comparación con su altura (sin mencionar que las alas también agregarían peso a la persona ¡lo que también requeriría un ala extra!).

No he tenido en cuenta el aumento de la atmósfera porque los humanos son mucho menos aerodinámicos que las criaturas voladoras tradicionales y no estamos teniendo en cuenta el peso de las alas.

Claramente, su ser humano promedio necesitaría perder mucho peso para que esto sea remotamente posible, no estamos hablando de hacer dieta... ¡estamos hablando de huesos, órganos y músculos livianos!

He tenido una grieta en esto, pero no estoy 100% satisfecho con esta respuesta, si alguien detecta algunos errores matemáticos, ¡siéntase libre de corregirlos!
Sin mencionar que los humanos carecen de la fuerza en la parte superior del brazo para batir continuamente alas tan pesadas.
@DonyorM, en general, ¡creo que estamos mejor con la bicicleta voladora de Leonardo!
El ser humano tendría que ganar una masa muscular considerable, compensando las ganancias obtenidas por tener huesos huecos. Mire cualquier ave, un esternón enorme que sobresale y una proporción masiva de peso pectoral y corporal. A menos, por supuesto, que los músculos pudieran hacerse más eficientes. La atmósfera con más oxígeno presente en la Tierra hace muchos millones de años permitió que las libélulas gigantes volaran.
@DonyorM, ¿por qué las alas deben moverse con los músculos del brazo? Estamos hablando de agregar anatomía independientemente (y probablemente cambiar la anatomía existente, como alterar la densidad ósea), y unir alas sin incorporarlas a los brazos es bastante común en la ficción.
@BrianS Todas las alas además de los insectos (pájaros/murciélagos) están en lugar de brazos. Entonces, un ala no es más que un brazo altamente modificado.
@NickNo, muchas representaciones modernas de ángeles y demonios, Harvey Birdman (Hanna-Barbera), Ángel (Marvel Comics), Ícaro (Marvel Comics) y muchas representaciones de las valquirias vienen a la mente como una forma humanoide con alas que tienen nada que ver con los brazos.
@BrianS No usar los brazos solo empeora las cosas. No solo necesita esos músculos de vuelo grandes y poderosos, sino que debe poder colocarlos en un cuerpo sin interferir con los brazos.
@BrianS Si quieres incluir magia (Hanna-Barbera/Marvel) en la ecuación, entonces no hay necesidad de preguntar, ya que las alas pueden ser tan pequeñas o tan grandes como quieras, ya que la magia funciona fuera de las leyes de la física. . Si la pregunta es sobre los requisitos para crear alas para un ser humano en esta realidad que se rige por leyes inmutables de la física, sería necesario que los brazos se convirtieran en alas (mediante cirugía/nanotecnología, etc.), como es el caso. con todas las criaturas voladoras (excepto insectos).
Tenga en cuenta que una gravedad más baja también significa que podemos salirnos con la nuestra con huesos más livianos
"¡Sin mencionar que las alas también agregarían peso a la persona, lo que también requeriría un ala adicional!" Este problema, que agregar recursos adicionales para el vuelo aumenta el peso y, por lo tanto, exige recursos adicionales para el vuelo, está en el centro de lo que hace que la ciencia espacial sea tan meméticamente difícil.

Realmente depende de qué tan rápido esperas que vuelen. Pero veamos cómo les afectará su mundo cambiado.

La ecuación que estás buscando es:

Area = (lift force)/(half velocity * velocity * air density * lift coefficient)

O matemáticamente:

A = L 0.5 v 2 ρ C L

A ( área ) es el número que estamos buscando.

L ( fuerza de sustentación ) debe ser igual a la masa de la persona, para soportar su peso. Las personas en la tierra tienen un promedio de 62 kg. Con todo el ejercicio de volar, podrían tener un promedio un poco más bajo en ese mundo.

v ( velocidad ) es la velocidad de despegue: la velocidad a la que el movimiento hacia adelante a través del aire hace que el ascensor anule la masa de la persona.

ρ ( densidad del aire ) se especifica como 1,5 veces la de la Tierra.

C L ( coeficiente de sustentación ) es aproximadamente 1 y depende del ángulo de ataque y la forma del ala. Puede asumir que sus alas tienen una forma decentemente buena, por lo que puede ignorar este término. Cambiar esto para hacer empuje es, básicamente, lo que hace el aleteo.

La carga alar en un ala delta de la Tierra es tan alta como 6,3 kg por metro cuadrado, y la velocidad de despegue es de aproximadamente 15 mph.

De la ecuación anterior, podemos ver que el área del ala es proporcional a la masa ( L ), e inversamente proporcional a la densidad del aire ( ρ ). En otras palabras, las alas necesitan ser más grandes cuando hay más masa; y no necesita ser tan grande cuando el aire es más denso.

Entonces podemos multiplicar el área necesaria por 0.6 1.5 = 0.4 . Entonces 6,3 kg por 0,4 m 2 , o 15,75 kg por metro cuadrado.

Eso es aproximadamente una cuarta parte del peso corporal humano, por lo que necesitaría cuatro metros cuadrados para una persona promedio. Dos metros cuadrados por ala. Suponiendo que las alas plegadas como las de los pájaros, eso es ciertamente factible.

Ahora, empujemos los límites. Los adultos con anorexia tienen un IMC inferior a 17,5. Así que apuntemos a eso, como el límite aceptable de delgadez. Cuando METRO es masa y h es altura, METRO = h 2 × 17.5 .

Esto se escala con el cuadrado de la altura, por lo que la altura definitivamente no es algo bueno. Así que suponga 1,5 m (aproximadamente 4'11").

1.5 2 × 17.5 = 39   kg

¡Eso necesita sólo 1,25 m 2 por ala!

Sin embargo, algo más a tener en cuenta es que la sustentación mejora con el cuadrado de la velocidad, pero linealmente con el área. Entonces, si duplica la velocidad a 30 mph, puede dividir el área en un cuarto: con un viento de 30 mph, podría flotar en una gabardina.

Si reduce a la mitad la velocidad, solo necesita multiplicar el área por 2 : entonces, para una persona de peso normal, puede planear a 7,5 mph con 2,8 m 2 a cada lado, lo que todavía está en el rango de lo alcanzable, y significa que podría despegar con una brisa o corriendo, sin necesidad de saltar una colina. Para nuestra pequeña flaquita, eso es solo 1,8 m 2 por lado.

Las acrobacias requerirían velocidades más altas, ¡pero para eso es una inmersión! :D

Un detalle al que llama la atención esta respuesta es cuán importante es el viento local para el tamaño del ala. Si vives en una costa ventosa y sigues las corrientes de aire, puedes arreglártelas con alas mucho más pequeñas que si vives en un lugar con aire tranquilo.
El viento de @ohwilleke realmente solo afecta el despegue (y el vuelo estacionario si el viento es lo suficientemente rápido). Una vez en vuelo, el viento es irrelevante, ya que usted es llevado completamente por él, y su velocidad se mide en velocidad del aire, en relación con el aire, en lugar de la tierra. Entonces, no importa qué tan ventoso sea, necesitas alas del mismo tamaño para volar.
Hola Devi. Edité tu respuesta principalmente para formatear. Vuelva a verificar para asegurarse de que no introduje un error accidentalmente.
@MichaelKjörling Gran trabajo: aprendí mucho sobre el formato SE y cada edición fue una mejora significativa: ¡gracias! Editaste con un toque ligero, manteniendo el tono pero reafirmando el estilo en todo momento. Se necesitaba su única línea de aclaración, y se hizo perfectamente. ¡Te daría la bienvenida como editor cualquier día! Para mí, como programador, los nombres de variables de un solo carácter son pecaminosos, ya que un buen código no necesita una tabla de búsqueda para tener sentido intuitivo incluso para un lector lego en la primera pasada. ¡Pero con ambas versiones, la respuesta ahora atiende a ambas audiencias! :)
Si bien definitivamente estoy de acuerdo en que los nombres de variables de un solo carácter a menudo son malos, no es necesariamente así cuando las cantidades involucradas tienen símbolos bien establecidos , como ρ por presión o A por área. Dicho esto, no estoy discutiendo contra ti aquí.
@MichaelKjörling Los lectores legos no pueden saber que rho significa presión en este contexto, en lugar de densidad, resistividad, impulso, radio, etc. Para mí, es una letra griega. Pero sé que mi intolerancia (¡y es intolerancia!) proviene de la disgrafía: mis ojos deben verse obligados a enfocarse en las expresiones, pero no en las palabras. Conozco a muchos, incluidos programadores, que encuentran las expresiones matemáticas más claras y poéticas que el código. Pero para mí, es tristemente todo
💩 = 🙃 0. © b a d gramo mi r 2 ‽ प ् र ि ं ट 念
¿De dónde salió esta ecuación? Leí un ensayo sobre la posible vida extraterrestre que afirma que la densidad tiene una influencia más fuerte que la gravedad en la envergadura de las alas, pero no puedo encontrarlo ahora. Además, ¿qué pasa con los pteranodontidae? Por lo que sé, tenían una envergadura relativamente pequeña, pero pueden volar gracias a un músculo más fuerte para aletear y un sistema de sacos de aire.
@DavideTesta Parece que acabas de describir la aplicación de un coeficiente de elevación diferente ( C L ). Cuando C L se hace más grande, L X C L se hace más pequeño, por lo que A se vuelve más pequeña, por lo que necesita menos área alar, lo cual es consistente con tener una envergadura relativamente más pequeña.

Los humanos pueden volar bastante bien con alas del tamaño de un ala delta típica. Por supuesto, están haciendo un vuelo elevado en lugar de aletear, pero las especies más grandes de aves en su mayoría vuelan. (Al igual que los pterosaurios aún más grandes como Quetzalcoatlus). Ver, por ejemplo, cóndores, albatros, etc.

Volar pone limitaciones a su estilo de vida y hábitat. Tendrán que vivir cerca de las cimas de los acantilados o colinas, y en regiones ventosas.

¡La única forma en que los humanos podrían volar es siendo pequeños ángeles voladores! Dejame explicar:

¿Qué pasaría si permitieras algún tipo de mutación genética en el ADN humano para que nuestro crecimiento se detuviera muy temprano, alrededor de los 4 años?

Podría tener un impacto menor en nuestras funciones cognitivas ya que nuestro cráneo tendría un volumen más pequeño. Podrías resolver eso modificando también nuestro ADN para que nuestra cabeza sea más grande en proporción al tamaño de nuestro cuerpo. También modifique nuestro ADN para que tengamos alas y el sistema muscular y cardiovascular adecuado para moverlas lo suficientemente rápido como para volar.

Nuestro peso corporal sería entonces de unos 15-20 kg, similar al de un albatros. Entonces volar en la tierra (1G) parecería posible.

// Podría tener un impacto menor en nuestras funciones cognitivas, ya que nuestro cráneo tendría un volumen más pequeño // si puede hacernos bioingeniería más pequeños, entonces no es descabellado suponer que también puede diseñar una relación cabeza-cuerpo más grande para lo que sea apropiado o necesario: por supuesto, hay problemas de relación entre la pelvis y la cabeza para el parto, por lo que es posible que también desee ajustar la pelvis de alguna manera (a menos que opte por un 100% de partos por cesárea).
^ o tal vez ajustar el patrón de crecimiento para que la cabeza crezca más después del nacimiento que ahora.
¿Qué tamaño tendría que tener un par de alas para permitir que un ser humano adulto vuele en un entorno determinado?
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