La scienza di DOOM

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Fucili a pompa, azione sfrenata e colonna sonora metal incalzante: siamo pronti per immergerci nuovamente nelle frenetiche atmosfere sfrenate di Doom, nel suo nuovo capitolo Eternal in uscita oggi.
Ma quali segreti scientifici si nascondono dietro la saga? Andiamo a scoprirlo assieme

ARGENT ENERGY

E’ l’anno 2095. La Union Space Aerocorporation scopre un gas dalle proprietà estremamente interessanti: è in grado di assorbire una grande quantità di calore “senza battere ciglio” ed è possibile ottenere energie impressionanti attraverso il suo plasma. Peccato che esso provenga dalla dimensione dell’Inferno, cosa che porterà agli eventi di Doom del 2016.
Ma cosa significano queste caratteristiche fisiche?

La capacità di assorbire calore di un oggetto è il Calore Specifico, la quantità di calore necessaria per aumentare la temperatura di una certa quantità: se invece volessimo una grandezza che dipenda solo dal materiale che compone l’oggetto, la Capacità Termica ci dice quanto calore serve per aumentare di un grado la temperatura di un chilogrammo di tale materiale (e, moltiplicata per la massa dell’oggetto, ci da il suo Calore Specifico)

Possiamo immaginare questa quantità come se fosse il “prezzo” della temperatura di un materiale: prendiamo come esempio l’acqua (che ha una capacità termica alta) e il rame (che l’ha molto più bassa).
Con circa 4200 Joule di energia (sotto forma di calore) è possibile scaldare un kg d’acqua di un grado, ma cedendo la stessa energia al rame lo si riscalda di quasi 11 gradi (e dunque, da un certo punto di vista, un grado di temperatura del rame vale “meno” calore).
Alla stessa maniera, un kg d’acqua è in grado di fornire, abbassandosi di un grado, ben 4200 Joule, mentre un kg rame deve perdere ben 11 gradi per fornire lo stesso calore: se disperdesse l’equivalente di un solo grado di temperatura del rame, questo “varrebbe solo” 385 Joule.

Ma da dove deriva la capacità termica di una sostanza?

Se ci immaginiamo che un gas sia composto da tante palline microscopiche (il cosiddetto Gas Ideale Monoatomico), la sua temperatura è dovuta “solo” a quanto queste particelle si muovono velocemente, cioè alla loro energia cinetica (della quale abbiamo parlato anche in questo articolo).
Ma se il gas è formato di molecole complesse, composte di molti atomi, esso acquisisce nuovi metodi per “stoccare” energia: i legami tra molecole infatti possono vibrare e ruotare, consentendo alla molecola di accumulare ulteriore energia.
Un gas di questo tipo, dunque, assorbendo calore, trasformerà una porzione di esso in energia termica (e dunque temperatura) e il resto nell’energia di rotazione e vibrazione dei legami: allo stesso modo, se esso disperde la sua energia, solo parte di essa sarà sottratta da quella termica e un’altra porzione dall’energia dei legami.
Immaginando poi un gas più “realistico”, vediamo che anche la forza di questi legami va a incidere sul calore specifico: a legami più saldi corrisponderà una maggiore capacità termica.

Tuttavia questi legami vengono inevitabilmente dissolti quando esso costituisce del plasma: un plasma è uno stato della materia del quale abbiamo già parlato qui.

Si tratta di una condizione nel quale gli atomi sono slegati fra loro e addirittura i nuclei sono dissociati dai loro elettroni: in questa condizione, sotto le giuste condizioni di temperatura e pressione, si possono creare, all’interno del plasma, delle reazioni di fusione nucleare (delle quali abbiamo già parlato in questo articolo).

Gli atomi di idrogeno, ad esempio, nel cuore delle stelle, si fondono per creare atomi di Elio: quattro idrogeni producono un atomo di elio, ma la massa di quest’ultimo è inferiore a quella degli atomi iniziali.

La differenza di massa è trasformata in energia: secondo un simpatico conto trovato qui un kg di idrogeno può così produrre energie dell’ordine di 10^14 Joule, quanto un grammo di antimateria anichilita con altrettanta materia.

Per confronto, una batteria di Argent può produrre, secondo il gioco, qualcosa dell’ordine di 10^13 Joule, circa 10 volte meno. Si tratta dell’energia di qualche decina di Barili (159 litri) di petrolio bruciati, equivalente all’intera energia cinetica della stazione spaziale internazionale che orbita attorno alla terra: una batteria che contenga qualche decina o centinaio di grammi di idrogeno sarebbe coerente con tale descrizione.

PISTOLE “INCREDIBILMENTE” GROSSE & CANNONI ELETTROMAGNETICI

L’Argent Energy viene spesso in aiuto del nostro Doom Marine, potenziando la sua tuta ma soprattutto dando forza alle sue armi: non sono la “normale” pistola al plasma, ma soprattutto la BIG F***ING GUN! Quest’ultima è un’arma dal potere spaventoso (con pochissimi colpi a disposizione!) in grado di far letteralmente ESPLODERE i nemici che colpisce.
Ma come fa?

Una spiegazione molto semplice potrebbe essere che il plasma, a temperature strabilianti, è in grado di far EVAPORARE l’acqua all’interno del corpo del nemico producendo una sua esplosione, in modo simile a come un’uovo esplode all’interno di un forno a microonde.

Abbiamo visto che l’acqua ha una capacità termica di circa 4200 Joule al Kg.
Immaginiamo che l’acqua contenuta in un uomo di 80 kg siano circa il 60%, dunque 48 kg. Per calcolare l’energia necessaria per farla evaporare tutta dobbiamo inizialmente trovare quanto calore serve per passarla dalla temperatura corporea (circa 36°) a quella di ebollizione (100°, una differneza dunque di 64 gradi) e successivamente il calore necessario per farla passare da liquida a gassosa.

Quando infatti le sostanza effettuano passaggi di stato, richiedono un ulteriore salto energetico: per l’acqua, esso è un valore ancora maggiore pari a circa 2 milioni di Joule (2260 Kj) al chilo. Ora sapete perché ci vuole un sacco di tempo per far bollire l’acqua!

Facciamo un breve conto: abbiamo il calore necessario per scaldare l’acqua (48 x 64 x 4200 = 2,1 milioni di Joule) più quello per farlo evaporare (48 x 2.260.000 = 108 milioni di joule).

Il totale, 110 MegaJoule (110 milioni di joule), è ampiamente nelle possibilità di un’arma alimentata ad Argent Energy, ma è strabiliante se confrontata con l’energia delle armi da fuoco attuali: per fare un confronto, i proiettili di una colt .45 hanno a disposizione appena 1600 J di energia!

Un’altra arma diffusa nell’universo di Doom è la Gauss Gun, un’arma che esiste anche nel mondo reale (pur con risultati meno “fantasmagorici”) ed è anche nota anche come Coilgun.
L’idea dietro a quest’arma è semplice: un impulso elettromagnetico viene inviato a una serie di spire metalliche che avvolgono la canna dell’arma, nella quale è posizionato un proiettile metallico.
L’impulso elettrico, muovendosi, genera un campo elettromagnetico che attira a se il proiettile: al termine della sua corsa, quando l’impulso finisce in fondo alla canna, il proiettile è stato accelerato a velocità letali ed è pronto a balzare contro la sua povera vittima.

LA STAZIONE ORBITANTE

Questo nuovo capitolo, che vedrà il nostro Doom Guy combattere contro le potenze infernali (e forse anche angeliche) per la salvezza del pianeta terra, fornirà al nostro eroe una base da esplorare tra le missioni e dal quale partire all’insegna dei vari livelli.
Questa stazione spaziale orbita attorno al pianeta terra: ma come fa?

Le migliaia di satelliti (oltre alla stazione spaziale internazionale e la Tiangong 2) che orbitano attorno alla terra non lo fanno a causa di una spinta continua, bensì perché la sua velocità gli permette di “bilanciare” l’attrazione di gravità del pianeta e continuare nel suo moto rotatorio.

Quando questo avviene l’accelerazione gravità, che diminuisce con la distanza dalla terra, diviene pari all’accelerazione centripeta:

G x M / R^2 = V^2 / R

Dove G è la costante gravitazionale, M la massa della terra, R la distanza dal satellite al centro della terra e V la sua velocità: con gli adeguati calcoli si vede che la velocità diminuisce come la radice della distanza dal centro della terra.
Per esempio, un oggetto in orbita bassa (tra i 300 e gli 6100 km di altezza dalla superficie della terra) ha bisogno di una velocità alta per restare in orbita: la stazione spaziale internazionale, ad esempio, si muove alla velocità di 7,66 km al SECONDO.

D’altra parte un’orbita Geostazionaria, circa 36000 km di altezza, richiede una velocità di soli 3,1 km/s e permette di mantenere un satellite in orbita sempre sulla stessa porzione di pianeta (utile, per esempio, per osservare una specifica zona del mondo).

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