Jak je Misakova railgun tak destruktivní?

[Unboxing - BBB] 베이 블레이드 버스트 超王 (슈퍼 킹) 리뷰 3 - B-161 [부스터] 글라이드 라그나 뢰크. Wh.R 1S 리뷰 & 테스트

V epizodě 1 Railgun končí Misaka's railgun dobrým kusem toho, co se zdá být olympijským bazénem. Později ve stejné epizodě se ukázalo, že její railgun cestuje rychlostí 1030 m / s.

Čísla se však nesčítají.

Předpokládejme, že Misaka používá 10 gramové mince. V 1030 m / s, ta mince má tolik energie:

Energy = 1/2 m v^2 = 1/2 (0.01 kg) (1030 m/s)^2 = 5304.5 kg (m/s)^2 = 5304.5 Joules

Olympijský bazén má 2 500 000 kg vody. Na základě výše uvedeného obrázku tento kužel pravděpodobně cestuje dobrých 100 metrů do vzduchu.

Řekněme tedy ve prospěch pochybností, že pouze 10% vody je zvednuto 100 metrů do vzduchu.

Energy = m g h = (0.01 * 2500000 kg) (9.8 m/s^2) (100 m) = 2.45 * 10^8 kg (m/s)^2 = 2.45 * 10^8 Joules

Mince potřebuje 2.45 * 10^8 Joulů energie k pozvednutí bazénu, jak je uvedeno výše. Ale její mince může poskytnout pouze 5304.5 Joules. Rozdíl je asi o 4 řády.

Dobře ... Než to někdo odmítne jako další případ fyziky anime, podívejme se, co jiného by mohlo vyprodukovat tolik energie:

Točení mince není zachyceno rychlostí sítě 1030 m / s. Ale vzhledem k momentu setrvačnosti malé mince by to potřebovalo obrovské (relativistické?) Množství rotace 10^8 Jouly.
Poplatek mince není v anime specifikován. Možná Misaka nějak polarizuje náboj v minci a nějak ho uvolní při kontaktu s cílem.
Masová energie (E = mc^2) mince je 9 * 10^14 Jouly. Je to to, co udělala?

Otázka tedy zní: Existuje nějaké oficiální vysvětlení, kde mince dostává tolik energie? Nebo jsme ponecháni, abychom to odmítli jako další případ fyziky anime?

A pokud má někdo zájem o diskusi o fyzice na chatu zde: chat.stackexchange.com/transcript/message/7951592#7951592
FWIW, Funimation napsal v loňském roce blogový příspěvek Určité vědecké vysvětlení railgunů. Je smutné, že propojené PDF, které vedlo čísla a stínilo, jak špatně se zdá, že bylo ztraceno. IIRC, odpovědi zde již pokrývají vše, co bylo řečeno.
@ Mystical by Official máte na mysli čistě fyzikální vysvětlení nebo kanonické vysvětlení?
@Mindwin Pod pojmem „oficiální“ mám na mysli, pokud studio nebo kterýkoli z autorů něco řekl.

Podle anime a mangy má Mikoto „úsťovou rychlost“ 1030 m / s:

Naproti tomu railgun amerického námořnictva má úsťovou rychlost 2520 m / s (~ 5600 mph nebo ~ 7,5násobek rychlosti zvuku), s úsťovou energií 10,64 megajoulů (10,64 milionu joulů). Což je pravděpodobně srovnatelné s množstvím energie v průměrně velkém autě pohybujícím se rychlostí 250 mph.

Srovnatelně má puška AK-47 úsťovou rychlost 715 m / s (~ 1600 mph nebo ~ 2x rychlost zvuku), s úsťovou energií ~ 2010 joulů (za předpokladu, že jsou použity náboje 7,62 x 39 mm, ale mohou se lišit v závislosti na typ munice).

I když to není příliš působivé, pokud jde o železniční zbraně, protože skutečné železniční zbraně jsou schopné dosáhnout rychlostí možná více než ~ 5000 m / s. Vezměte na vědomí, že Mikoto je středoškolák, který z nich dokáže vystřelit osm ran za minutu, což je na stejné úrovni jako u „typických“ železničních zbraní.

Za předpokladu, že je mince srovnatelná s velikostí a hmotností americké čtvrti, lze předpokládat, že mince, kterou používá, má váhu asi pět gramů. Pomocí tohoto vzorce můžeme získat energii tlamy:

Energie = 0,5 * (hmotnost) (rychlost)² = 0,5 * (0,005 kg) (1030 m / s)² = ~ 2652,25 joulů

Mikoto má tedy o něco větší poškození než poloautomatická útočná puška.

Ale to není to, co teď vidíme, že?

Ne tak docela. Ale co by mohlo způsobit takový rozdíl ve výstupu?

Podle Page 1, Kapitola 4 manga Railgun, manipuluje elektromagnetismem, aby dosáhla svých výsledků. To se zdá věrohodné, protože pokud by bylo magnetické pole dostatečně zaostřeno, mohla by teoreticky zrychlit pouze mince a / nebo blízké objekty.

Nyní se podívejme znovu na test bazénu, z epizody čištění bazénu (S1, ep. 2) máme přibližný odhad rozměrů bazénu:

Pojďme měřit věci z hlediska výšky Kuroko (~ 152 cm)!

Vzhledem k tomu, že bazén se nezužuje ani nekončí, předpokládejme, že bazén je dlouhý asi 14 Kurokosů nebo ~ 21,28 m (ano, zdá se, že je trochu malý) a asi 11 Kurokosů široký, nebo ~ 16,72 m, podle čar na dno bazénu a o něco méně než ~ 0,9 Kuroko, nebo řekněme 1,36 m hluboké.

Pokud jde o vytlačenou vodu, my mohl pokusit se integrovat objem oblaku vody, za předpokladu, že je to půl na půl vzduchu, zjistit jeho hmotnost atd. Ale budeme tady líní a předpokládejme, že 1/1 000 objemu vody v bazénu byla rozptýlena do vzduchu, když Mikoto vystřelí její railgun. Bazén by měl objem:

Objem = (1,36 m) * (21,28 m) * (16,72 m) = ~ 486,73 m³ z vody

Vzhledem k tomu, že „těžiště“ se zdá, že oblak vody je srovnatelný s horním okrajem budovy typu gymnázia, bude odhadem dveří ve srovnání s budovou předpokládat, že je vysoká 10 m. Abychom mohli vypočítat energii potřebnou k dosažení něčeho takového, uděláme to:

(Energie potřebná k zvednutí objektu) = (hmotnost objektu) * (gravitační zrychlení) * (výška zdvihu).

V tomto scénáři udělejme spoustu rohů a předpokládejme, že veškerá energie výstřelu jde do zvedání vody (čímž ignorujeme energii vynaloženou na ohřev vody, vytváříme zvuky hlasitý výbuch, jakýkoli dramatický účinek větru), pak mít

Energie = (1/1000) * (~ 486,73 m³) * (1000 kg / m.)³ voda) * (9,8 m / s²) * (10 m) = ~ 47699,54 joulů

Pokud ji zapojíme zpět do rovnice kinetické energie:

√ [(~ 47699,54 J) * 2 / (0,005 kg)] = ~ 4368,04 m / s

Úsťová rychlost její railgun by tedy byla ~ 4368,04 m / s.

Lze jen předpokládat, že jelikož musíme respektovat kánonovou hodnotu 1030 m / s, je možné, že škoda způsobená schopností Mikoto je způsobena její manipulací s elektromagnetickým působením při pohybu mince vzduchem nebo jiným faktorem ... Ale pak znovu, co víme o fyzice tohoto světa, kde věda a magie existují současně?

@Krazer podle vzhledu vypadá jako semi-olympijský bazén, 25m x 12,5m x 1,36m

+100

Elektřina může pohybovat vodou:

Wiki říká, že Misaka může generovat 1 miliardu voltů.
(i když některé zdroje uvádějí 5 miliard voltů, buďme MODESTNÍ )

Pokud nabije minci, rychlý přenos náboje z mince do vody by způsobil odpor mezi mincí a okolní vodou, který by vodu vytlačil z bazénu. Rázové vlny by se odrážely na hranicích a dně bazénu a tlačily povrchovou vodu nahoru.

V anime vidíte, že všechny výbuchy mají nějaký pohyb do strany, ale zobrazený DRUHÝ výbuch má velmi výrazný výraz. pohyb do strany, což naznačuje, že náraz tlačí vodu trochu také do stran, protože elektricky nabitá voda se pohybuje pryč od mince, zatímco mince prochází po bazénu.

Otázka rozptýlení poplatku není problém. Dokáže AIM blesk, takže můžeme předpokládat, že její elektromagnetické síly mohou také změnit průrazné napětí vzduchu kolem mince (buď zvýšením tlaku kolem mince nebo vytvořením vakua.

Musíme se podívat na kapacitu mince

Poloměr čtvrtiny je 13 mm

S potenciálem 1 miliardy voltů je náboj mince

Nyní můžeme vypočítat elektrickou sílu mezi nabitou mincí a nabitou vodou a pro stručnost předpokládejme:

polovina náboje se přenesla do vody.
stěny a dno bazénu jsou úplně izolant a nezničitelný.
mince je zasažena na dně, jakmile je přenesena polovina náboje.
Voda je od mince vzdálena 1 mm

V této situaci se síla mezi mincí a vodou vypočítá coulombovým zákonem:

Dostáváme se k Megajoule zde.

Vzhledem k hmotnosti 10% vody v bazénu tato síla dává vodě okamžité zrychlení:

Nyní, abychom zvedli vodu o 100 metrů, musíme vtisknout vodu rychlostí 44,3 m / s

Takže doba interakce mezi mincí a vodou, než se zbývající energie rozptýlí, činí:

Krazer řekl:
energie vynaložená na ohřev vody, vytváření zvuků hlasité exploze, jakýkoli dramatický účinek větru

A to je

který odpovídá

I kdybyste vzali v úvahu rozptyl náboje, zmenšující se odporovou sílu mezi vodou a další malé předpoklady, na všechno je spousta energie.

Všude je spousta energie, kterou lze použít jakýmkoli způsobem.

Ale myslím, že to jasně vysvětluje, odkud pochází energie na zvedání vody.

Také, pokud vezmete události z pozdějších epizod, když použije jiné předměty než mince

Obří robot dráp a později celý obří robot

můžete vidět, že množství akumulované energie je větší a stejně tak destruktivní síla. Dává to smysl, protože kapacita těchto položek je větší než mince.

Děkuji Wolfram Alpha za výpočty a obrázky.

Další teorie:

Elektřina může pokračovat v akceleraci mince i poté, co opustila „tlamu“.

Pokud nabije minci, může na sebe vygenerovat další náboj stejného znaménka poté, co mince opustí „tlamu“. Takže i když mince odejde rychlostí 1030 m / s, mohla ji zrychlit i po jejím vystřelení. Ale to ani není nutné, protože ...

Točení mince a jedna z nejničivějších sil: Harmonické.

Jak vidíme z tohoto grafu wikipedie, jakmile je dosaženo maximální rezonance (1: 1), přenos energie se dramaticky zvyšuje. Větrné harmonické jsou dost na to, aby zničily můstek jeho pohybem jako housle. Pokud dokáže otočit minci tak, aby její frekvence dokonale odpovídala harmonické frekvenci bazénu, mohla by být přenesena obrovská energie.

Jen jsem si všiml, že vodě bude trvat 9 sekund, než vystoupá o 100 metrů rychlostí 44,3 m / s. Vzhledem k tomu, že výbuch trvá jen několik snímků, můžeme předpokládat, že doba kontaktu je o něco LONGER THAN 5ms a vzestupná voda se po narušení 100m jen ztenčí / odpaří
Bazén je jen jedním příkladem, často vidíme, jak zastavuje a odpaluje auta ve vzduchu, produkuje dostatek tepla k roztavení dvou po sobě jdoucích kovových tyčí a zanechává hluboký škrábanec na zemi, po které cestovala, a to i bez přímého kontaktu. Zdálo by se, že kromě samotné rychlosti mince existuje další energie.
Nemluvě o tom, že v seriálu Railgun ukázala, že dokáže pohánět jiné předměty než mince (jmenovitě obří robotické rameno a celý satelit) podobnými rychlostmi.

I když jsem byl subjektivní, byl to od začátku můj silný dojem, že projektilová složka je nepřímá (a možná hraniční irelevantní) její schopnosti.

Dokáže vyrábět mnoho energie
Energie jde tam, kam jde projektil
Není však prokázáno, že projektil nese energie

Projektil může být jen majákem nebo typem ohniska, možná čistě psychologickým (s technikou, která je opakem pouhého náhodného vystřelení výbuchů nekontrolované elektřiny).

Vzpomínám si, jak v pozdějších epizodách natáčela velký projektil, výše uvedené spekulace však stále mohou platit.

+1, toto je skvělé vysvětlení IMO. Mohla existovat scéna, kde lidé najdou její minci, ale vzpomínám si, že při mnoha střelbách z její railgun se z mince stala paprsek, předpokládám, že ji v procesu roztavila (pokud z ní vůbec něco zůstane).
1 Způsob, jak to ověřit, by bylo zjistit, zda jako projektil někdy použije něco nekovového. Pokud je její Railgun ve vědeckém smyslu vlastně Railgun, musela by jednat o něčem, co lze urychlit elektromagnetismem, tedy o kov nějakého druhu. Pokud dokáže použít nekovové předměty, pak to ve skutečnosti není railgun a toto vysvětlení by bylo velmi přesvědčivé.

Tvrdím, že jde o případ Anime Physics vyvrácením alternativních možností, které jste navrhli.

Máte pravdu - nést takové množství energie jako moment setrvačnosti je nemožné. I supervelmoci Misaky jsou světem vzdáleným od relativistických rychlostí.
Energie nemůže být uložena jako náboj v minci, protože by se dál rozptylovala jako „blesk“.
Energie nemohla pocházet z hromadné energie. Kromě výsledného smrtelného záření by uvolnění hromadné energie bez použití antihmoty znamenalo uvolnění jaderné energie. Jaderná energie může být uvolněna pouze za extrémního tlaku (jaderné reakce v bombách jsou iniciovány komprimací uranu výbuchem menší bomby). Pokud by někdo mohl najít příklad Misaky, která našla svou minci poté, co ji vystřelila, jasně to vyvrátí argument masové energie.

A konečně, Mythbusters v tomto videu dokázali, že mince pohybující se třikrát vyšší rychlostí zvuku (kolem rychlosti střely) pouze promáčkne beton.

Za zmínku také stojí, že (pokud si dobře vzpomínám) jsou „psychické“ síly typu Misaka volně založeny na stále populární, fantastické, dvojitě nesprávné interpretaci Schrödingerova kočičího myšlenkového experimentu: toto vnímání ovlivňuje realita, a tedy změna vnímání správným způsobem by měla změnit realitu. (Nebo něco takového. Bylo tam obklopující techno-blábol, ale zdálo se, že to je jeho podstata.)

Alternativní, i když méně zajímavé vysvětlení nepřiměřených účinků její zbraně, by tedy bylo něco v tomto duchu: Misakovo vlastní vnímání toho, jak silná by zbraň měla být, je špatné, což má za následek přehnané účinky.

Všichni zapomínáte na základní fakt, že měření 1030 m / s bylo provedeno při střelbě do vody. Účinky tahu na minci vystřelenou do vody jsou mnohem větší než účinky tahu při střelbě vzduchem. Vzduch je téměř tisíckrát méně hustý než voda. Pokud provedeme rovnici pro tažení, přijdeme s velikostí síly na minci 18 466 Newtonů. [18466 = 0,5 * 1000 kg / m ^ 3 * (1030 m / s) ^ 2 * 0,82 * 0,000042455m ^ 2]

0,82 je koeficient odporu pro dlouhý válec jako arkádová mince, 1 000 kg / m ^ 3 je hustota vody a 0,000042455 m ^ 2 je plocha průřezu vypálené mince.

provedeme-li rovnici opačně, abychom zjistili rychlost mince ve vzduchu, zůstane nám rychlost 29 428 m / s.

Zní to sakra mnohem víc jako správná železniční zbraň, že?

Film „A certain magical index“ obsahuje 50 zvláštních lehkých románů, 13 svazků manga, 2 roční období anime, film a několik videohier.

„A Certain Scientific Railgun“ má 2 světelné romány, 11 svazků mangy, 2 roční období anime, OVA a vlastní videohru.

V žádném z těchto zdrojů (který si stejně pamatuji) není Misakův trik s railgun implikován jako něco jiného než arkádový žeton (ne mince, což je důvod, proč je to vůbec železné) cestování třikrát vyšší než rychlost zvuku.

A je tu ještě jedna podivná vlastnost útoku na railgun - Touma, chlapec s anti-magickou pěstí, to může chytit. (Jak je vidět v kapitole 7, svazek 1 manga Railgun.)

Jelikož ji Touma může rozptýlit, znamená to, že na minci stále existuje něco nadpřirozeného, i když se taví. Tato nadpřirozená vlastnost bude důvodem, proč má tlačnou sílu výrazně nad tím, co by měla mít pouze na hybnost.

Nemám žádné důkazy pro svůj další bod, ale věřím, že Misakovo magnetické pole jednoduše pokračuje v tlačení mince dobře poté, co opustí její ruku. To by pěkně vysvětlovalo obě zvláštnosti.

Nezapomeňme v epizodě, že udělala robotické rameno, které udělala, protože dotyčná osoba seděla mimo dosah svých mincí. Na konci paprsku už nezbyla žádná mince. Vysvětlila, jak blokovala, chytala a vypalovala uvedenou ruku, že existuje důvod, proč obvykle používá mince.

Mám podezření, že se na jejím ničivém potenciálu podílí několik faktorů, včetně jejího určeného špatného stavu, pokračující akcelerace, setrvačnosti, otáčení, hypersonické rázové vlny a možné přeměny hmoty na plazmu.

Pamatujte, že také pravděpodobně odvádí energii k boji proti zpětnému rázu a dalším destruktivním aspektům střelby ze železniční zbraně. Toto stínění je dostatečné k tomu, aby zastavilo řízené vícenásobné jaderné výbuchy schopné rychle se roztavit v betonu a oceli, přestože Misaka byla v té době vyčerpána. Jsem si jistý, že to může být dostatečná energie, která způsobí sekundární zrychlení.

Jde o případ anime fyziky, o kterém se zmiňují jiné plakáty, ale ne vaše průměrná anime anime, v některých částech manga a indexu sesterských sérií se říká, že způsob, jakým esperovské síly fungují, je manipulace s realitním deformačním polem tak, aby vyhovovalo styl jejich pravomocí. proto Misakova railgun funguje, protože má za sebou dostatek energie deformující realitu a matematiku