Kako gusto tijelo mora biti da razbije betonski pod?


Često mi nedostaje neke super stvari kad prvi put gledam film. To je vjerojatno dobra stvar – pokazuje da sam usredotočen na priču, a ne na male detalje. U ovom slučaju film je 2016 Kapetan Amerika: Građanski rat i scena uključuje gustoću lika po imenu Vision.

U redu, dat ću SPOILER ALERT, ali ako još niste vidjeli ovaj film, imam osjećaj da nećete biti uznemireni zbog spoilera. U svakom slučaju, ova scena ne otkriva nikakve ogromne parcele.

Evo dogovora. Vizija pokušava održati Wandu (Scarlet Witch) sigurnom u sjedištu Osvetnika. Hawkeye dolazi da joj pomogne da ode, ali Vision ih uhvati. Iako Vizija lako može pobijediti Hawkeyea, isto se ne može reći za moći Scarlet Witch. Scarlet Witch ima neku sposobnost da kontrolira materiju – iu ovom slučaju čini se da može aktivirati moći Vizije. Jedna od primarnih moći Vizije je njegova sposobnost da promijeni svoju gustoću.

Dakle, uz malo magije, Scarlet Witch povećava gustoću Vizije do točke da postane previše masivan da bi se pomaknuo. Raste tako masivno da prolazi kroz pod. Kada je Vision uklonjen, Wanda i Hawkeye su slobodni napustiti i završiti ostatak filma.

Gustoća i masa vizije

Sada za zabavni dio. Kakva je bila gustoća i masa Vizije kad se srušio kroz pod? Što mislite o brzom pregledu gustoće? Pogledajte ovih pet predmeta.

Rhett Allain

Ovi blokovi su različiti, ali postoji nešto slično u njima. Ako uzmete tri bloka s lijeve strane, svi imaju istu masu (oko 45 grama). Sva tri bloka s desne strane imaju isti volumen (razočaran sam što su gotovo točno 1 kubični inč – trebali bi imati neku vrijednost u cm3). Ali čekaj! Što ako uzmete masu svakog bloka i podijelite ga po volumenu? Ovako definiramo gustoću. Gustoća je svojstvo koje ne ovisi o veličini objekta, već o njegovom materijalu. Dakle, dva bijela objekta (na krajevima) imaju različite volumene i različite mase, ali istu gustoću. Isto vrijedi i za dva crna objekta.

Da bismo procijenili masu i gustoću Vizije, trebam neki poseban događaj koji daje naznaku njegove mase, jer ne možete "vidjeti" masu predmeta. Da, pogodili ste: mogu iskoristiti trenutak da Vizija prođe kroz pod kako bi procijenio njegovu masu.

Evo što ću učiniti. Pretpostavljam da je pod napravljen od betona i da je gravitacijska sila na Viziju (zbog njegove velike mase) dovoljna da pređe tlačnu čvrstoću betona da bi se pokrenuo slom.

Što je "tlačna čvrstoća"? To je tlak koji materijal može izdržati prije razbijanja. Da, to je pritisak, a ne sila (sjetite se da je pritisak sila podijeljena s kontaktnom površinom). Zbog toga možete lakše razbiti materijal s oštrim šiljastim predmetom nego s velikim ravnim predmetom. Oštri objekt ima manju površinu i zbog toga dobivate veći pritisak za istu količinu sile.

Ali što je s tlačnom čvrstoćom betona? To je možda između 20 i 40 mega Paskala (MPa), gdje je Pascal isti kao jedan Newton po kvadratnom metru. To znači da, ako se pod prekine, znam pritisak sile između Vizije i poda. Ako procijenim njegovu kontaktnu površinu, mogu izračunati silu i sljedeće mase.

Stvarno, jedino što je ostalo za procjenu je kontaktno područje. Možda bih mogao napraviti detaljniju analizu, ali mislim da je dobro da dobijemo grubu vrijednost. Što je s kontaktnim područjem koje je pravokutnik duljine 1 metar i širine 0,5 metara? To bi stavilo područje na 0,5 m2, Idem s tim.

Još jedna stvar. Ako želim izračunati gustoću Vizije, također trebam njegov volumen. Izgleda kao normalan čovjek – barem u smislu veličine. Ljudi imaju gustoću blizu 1000 kg / m ^ 3 (gustoća vode). Ako čovjek ima masu od 75 kg, volumen bi bio oko 0,075 m3, Idem s tom vrijednošću.

Provjerimo brojeve. Ja sam uključujući izračune u ovom python skriptu, tako da možete staviti svoje vrijednosti u (ako vam se ne sviđa moja). Samo kliknite "olovku" da biste je uredili i "reproducirali" da biste je pokrenuli ako promijenite bilo koju od vrijednosti.

Samo da bude jasno, to je masivno. Gustoća je ekstremna (ipak nije gustoća razine neutronske zvijezde). Zapravo, teško je zamisliti tako veliku masu. Što kažeš na ovo? Koja bi bila veličina sfernog asteroida iste veličine? Ako je asteroid izrađen od normalnog materijala, može imati gustoću od 3.000 kg / m ^ 3. S istom masom kao i Vision, sferni asteroid bi imao promjer od oko 10 metara (30 stopa). To je jedan veliki stari kamen.

Domaća zadaća

Znate (ili biste trebali znati) da ne mogu tamo stati. Mnogo je pitanja ostalo bez odgovora. Obično bih ih dodijelio kao domaću zadaću, ali dopustite mi da vam odgovorim na dva pitanja.

Hoće li biti vidljiva gravitacijska sila između Vizije i Hawkeyea zbog velike mase?

Postoji gravitacijska interakcija između svih objekata s masom. Normalno na površini Zemlje bavimo se samo gravitacijskom silom između objekta i druge. Interakcije između dva objekta (poput ljudi) obično su toliko male da ih nikada ne biste mogli izmjeriti. U ovom slučaju, međutim, jedan od tih ljudi ima divovsku masu.

Veličina gravitacijske sile ovisi o masama objekata i udaljenosti između njih. Ako pretpostavite da su objekti točke mase (nije istina, ali OK aproksimacija), onda sljedeća jednadžba izračunava silu.

G je samo univerzalna gravitacijska konstanta s vrijednošću 6,67 x 10-11 nm2/ kg2, Ako pretpostavim da je udaljenost između Hawkeyea i Visiona 1,5 metara, gravitacijska sila između njih bila bi 0,0034 Newtona. To je prilično sitna sila. Zapravo, ako stavite spajalicu na vrh Hawkeyeove glave, težina ove spajalice bi bila više nego dvostruka gravitacijska povlačenja iz Visiona. Mislim da Hawkeye to ne bi primijetio.

Pod pretpostavkom da Scarlet Witch povećava gustoću Vizije konstantnom brzinom, koliko će mu trebati masa ekvivalentna Zemlji?

Ako gledate snimku scene, čini se jasnim da Scarlet Witch počinje utjecati na masu vida kad se njegov dragulj s glave pretvori iz žute u crvenu. Vizija pada na koljena 13,9 sekundi kasnije. Pod također počinje pucati u ovom trenutku. Konačno, nakon 20,4 sekunde, Vision se sruši kroz pod.

Pretpostavljajući konstantnu brzinu za povećanje mase (a time i gustoće), masa se povećava na 100.000 kilograma u sekundi. Ako ta stopa povećanja mase ostane konstantna, trebala bi 5 x 1019 sekundi do mase Zemlje (6 x 1024 kg). Savjet: to je vrijeme super, super, super dugo. To se neće dogoditi. Ali još je bilo zabavno računati.

Evo još nekoliko pitanja za domaću zadaću:

  • Koliko dugo (pretpostavljajući konstantnu stopu povećanja mase) dok Visionova masa ne dosegne točku gdje je Hawkeye povučen u Vision?
  • Ako uzmemo u obzir odnos mase i energije (E = mc2), koliko bi energije trebalo za povećanje mase Vizije? Što je s moći? Kako se to može usporediti s izlazom snage Sunca?
  • Koliko bi masa Visiona trebala dobiti prije nego što je postao crna rupa?

Više sjajnih žičanih priča