Las bestias aladas gigantes, como el Roc y el dragón occidental, tienen una fuerte presencia en la mitología. ¿Existe un tamaño máximo para una criatura voladora alada biológica? ¿Cómo cambiaría tal límite una atmósfera diferente a la de la Tierra?
Esto depende de muchos factores. Una forma científica, cómo abordar este problema, se llama alometría. Si cambiamos algunas condiciones, los parámetros físicos cambian más o menos con cierta potencia del cambio. Por ejemplo, de acuerdo con la ley de Kleiber , la cantidad de comida que necesita un animal se escala como con su masa . Esto significa que si un humano de 100 kg de masa necesita 1 kg de comida por día, un ratón de 100 g de masa necesitará . Esto encaja bastante bien.
Se pueden derivar leyes similares para el vuelo, lo que nos permite estimar qué tan difícil sería volar en una atmósfera muy delgada como la de Marte, o una atmósfera muy espesa como la de Venus.
Según el libro Modeling the Flying Bird de Pennycuick, el vuelo del pájaro induce un cambio de velocidad en el aire. Esta velocidad se calcula aproximadamente como
Aquí es masa de pájaro, es la aceleración gravitatoria de la Tierra, es la envergadura, es la densidad del aire y es la constante matemática pi. ¡Esta no es la velocidad del ave, sino el cambio de velocidad del aire inducido por el vuelo! Sólo es importante calcular la potencia necesario para sostener el vuelo
Estas tres leyes deberían ser suficientes para responder a su pregunta en casi cualquier entorno. Puede calcular cuánta potencia necesita para volar y cuánta potencia aproximadamente está disponible en la comida para animales de un tamaño determinado.
Tratemos de calcular las cosas para Quetzalcoatlus , el animal más grande que jamás haya volado. (Envergadura 10 m y masa 200 kg). Según la fórmula de las velocidades, v = 12,7 km/hora. La potencia necesaria para eso es de aproximadamente 7 kW, que son 10 caballos de fuerza. Dado que el animal tiene aproximadamente el tamaño de un caballo, parece razonable y vemos que el vuelo probablemente fue una tarea bastante exigente.
Probemos con el águila marcial (4,6 kg, 2 m de envergadura). Obtenemos v = 10 km/hora y la potencia requerida sería de 120 W. No tengo estos datos sobre las águilas, pero me parecen razonables. Podemos ver que los aviones pueden volar con una envergadura bastante pequeña, pero solo porque pueden usar una potencia de salida extremadamente grande de sus motores. Los animales no tienen esa ventaja y necesitan una mayor envergadura. (Esto puede convertirse en un problema, si un animal de 20 toneladas requiere una envergadura de 100 m para cumplir con los requisitos de potencia razonables; sus alas todavía son de carne y hueso y probablemente no podría soportar el peso del animal).
También podemos ver que el vuelo en Venus (si tuviera una atmósfera respirable) requeriría una potencia 20 veces menor y animales mucho más grandes podrían volar allí. Quizás incluso más, porque para atmósferas muy densas, la ley de Arquímedes comenzará a reducir la masa animal, lo que facilitará aún más el vuelo. En atmósferas muy densas, el vuelo sería muy similar a nadar y las aves podrían ser similares a los peces.
Recuerdo que hace mucho, mucho tiempo alguien había descubierto que una longitud de unos 5 metros era el límite superior (más grande que eso y no podía volar o sus alas se romperían por su propio peso).
Sin embargo, desenterré este artículo sobre la física del dragón. También está este artículo
Ah, y solo para que podamos omitirlo todo, un globo de hidrógeno no es muy flotante (mira cuánto helio se necesita para levantar a un humano). Esta publicación en los foros de XKCD habla de ello, si está interesado.
El planeo debería ser posible con tamaños mucho más grandes que la posibilidad de despegar, aterrizar y vivir en el suelo. Durante el vuelo, las alas son sostenidas por el aire, por lo que no necesitan huesos ni músculos lo suficientemente fuertes como para mantenerlas estiradas mientras están de pie en su lugar. Al igual que en un avión de hélice, un par adicional de alas mucho más pequeñas puede proporcionar una propulsión si es necesario. Además, un avión necesita la mayor parte de la potencia de su motor durante el despegue.
Las criaturas podrían despegar de la tierra a la altitud de crucero antes de crecer por completo.
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