Jak działa Railgun Misaki tak niszczycielska?

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

W odcinku 1 Railgun, Railgun Misaki kończy spory kawałek czegoś, co wydaje się być basenem olimpijskim. Później w tym samym odcinku okazuje się, że jej karabin porusza się z prędkością 1030 m / s.

Jednak liczby się nie sumują.

Załóżmy, że Misaka używa 10-gramowych monet. W 1030 m / s, ta moneta ma tyle energii:

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

Basen olimpijski zawiera 2 500 000 kg wody. Opierając się na powyższym obrazku, ten stożek prawdopodobnie leci dobre 100 metrów w powietrze.

Powiedzmy więc na wszelki wypadek, że tylko 10% wody jest unoszone na 100 metrów w powietrze.

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

Moneta potrzebuje 2.45 * 10^8 Dżule energii, aby podnieść basen, jak pokazano powyżej. Ale jej moneta może tylko zapewnić 5304.5 Joules. Występuje różnica około 4 rzędów wielkości.

Okej ... Zanim ktokolwiek odrzuci to jako kolejny przypadek fizyki anime, spójrzmy, co jeszcze może wytworzyć tak dużo energii:

Obrotu monety nie rejestruje się przy prędkości netto 1030 m / s. Ale biorąc pod uwagę moment bezwładności małej monety, potrzebowałby ogromnej (relatywistycznej?) Ilości spinu, aby unieść 10^8 Dżule.
Opłata za monetę jest nieokreślona w anime. Być może Misaka w jakiś sposób polaryzuje ładunek w monecie i w jakiś sposób uwalnia ją po kontakcie z celem.
Energia masy (E = mc^2) monety to 9 * 10^14 Dżule. Czy to właśnie zrobiła?

Pytanie brzmi więc: czy istnieje jakieś oficjalne wyjaśnienie, skąd moneta pobiera tyle energii? A może mamy odrzucić to jako kolejny przypadek fizyki anime?

A jeśli ktoś jest zainteresowany dyskusją na czacie o fizyce tutaj: chat.stackexchange.com/transcript/message/7951592#7951592
FWIW, Funimation napisał w zeszłym roku post na blogu A Certain Scientific Explanation of Railguns. Niestety, połączony plik PDF, który zawierał liczby i zniknął z powodu błędu, wydaje się zagubiony. IIRC, odpowiedzi tutaj i tak obejmują już wszystko, co powiedział.
@Mystical by Official Czy masz na myśli wyjaśnienie czysto fizyczne czy wyjaśnienie kanoniczne?
@Mindwin Przez „Official” mam na myśli to, że studio lub którykolwiek z autorów coś powiedział.

Według anime i mangi, Mikoto ma „prędkość wylotową” 1030 m / s:

W przeciwieństwie do tego, działo amerykańskie Marynarki Wojennej ma prędkość wylotową 2520 m / s (~ 5600 mil na godzinę lub ~ 7,5 razy większą prędkość dźwięku), a energię wylotową 10,64 megadżuli (10,64 miliona dżuli). Jest to prawdopodobnie porównywalne z ilością energii w średniej wielkości samochodzie poruszającym się z prędkością 250 mil na godzinę.

Dla porównania, karabin AK-47 ma prędkość wylotową 715 m / s (~ 1600 mph lub ~ 2x prędkość dźwięku), z energią wylotową ~ 2010 J (zakładając, że używane są naboje 7,62x39mm, ale może się różnić w zależności od rodzaj amunicji).

Chociaż nie jest to zbyt imponujące pod względem statystyk, jeśli chodzi o działka kolejowe, ponieważ rzeczywiste karabiny są w stanie osiągnąć prędkość prawdopodobnie ponad ~ 5000 m / s. Zwróć uwagę, że Mikoto jest gimnazjalistą, który może wystrzelić osiem strzałów na minutę, co jest porównywalne z „typowymi” karabinami kolejowymi.

Zakładając, że moneta jest porównywalna z rozmiarem i wagą ćwiartki amerykańskiej, można założyć, że używana przez nią moneta ma wagę około pięciu gramów. Używając tego wzoru możemy uzyskać energię wylotową:

Energia = 0,5 * (masa) (prędkość)² = 0,5 * (0,005 kg) (1030 m / s)² = ~ 2652,25 dżuli

Tak więc Mikoto zadaje nieco większe obrażenia niż półautomatyczny karabin szturmowy.

Ale to nie to, co teraz widzimy, prawda?

Nie do końca. Ale co może spowodować taką różnicę w wydajności?

Według strony 1, rozdziału 4 mangi Railgun, manipuluje ona elektromagnetyzmem, aby osiągnąć swoje wyniki. Wydaje się to prawdopodobne, ponieważ gdyby pole magnetyczne było wystarczająco skupione, mogłaby teoretycznie przyspieszyć tylko monetę i / lub pobliskie obiekty.

Spójrzmy teraz ponownie na test basenu, z odcinka czyszczenia basenu (S1, odc. 2) mamy przybliżone oszacowanie wymiarów basenu:

Zmierzmy rzeczy pod względem wzrostu Kuroko (~ 152cm)!

Widząc, że basen nie zwęża się ani nie kończy się, załóżmy, że basen ma około 14 Kurokos długości lub ~ 21,28 m (tak, wydaje się trochę mały) i około 11 Kurokos, czyli ~ 16,72 m, przy liniach na dno basenu i nieco mniej niż ~ 0,9 Kuroko, czyli powiedzmy 1,36 m głębokości.

Jeśli chodzi o wypartą wodę, my mógłby spróbuj zintegrować objętość strugi wody, zakładając, że jest to połowa na pół powietrza, znaleźć jej wagę, itp. Ale będziemy tu leniwi i założymy, że 1/1000 objętości wody w basenie została rozproszona w powietrze, gdy odpalił Mikoto jej karabin. Pula miałaby objętość:

Objętość = (1,36 m) * (21,28 m) * (16,72 m) = ~ 486,73 m³ Z wody

Ponieważ „środek ciężkości”, pióropusz wody wydaje się być porównywalny w pobliżu szczytu budynku typu sala gimnastyczna, szacując na oko drzwi w porównaniu z budynkiem, przyjmijmy, że mają 10 m wysokości. Aby obliczyć energię potrzebną do osiągnięcia czegoś takiego, robimy:

(Energia potrzebna do podniesienia przedmiotu) = (masa przedmiotu) * (przyspieszenie ziemskie) * (wysokość podnoszenia).

W tym scenariuszu załóżmy kilka zakrętów i załóżmy, że cała energia wystrzału idzie na podniesienie wody (przez co zignorujemy energię zużytą na podgrzanie wody, wywołanie odgłosów głośnej eksplozji, jakiegokolwiek dramatycznego efektu wiatru), mieć

Energia = (1/1000) * (~ 486,73 m³) * (1000 kg / m³ woda) * (9,8 m / s²) * (10 m) = ~ 47699,54 dżuli

Jeśli podłączymy to wstecz do równania energii kinetycznej:

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

Więc prędkość wylotowa jej karabinu wynosiłaby ~ 4368,04 m / s.

Można tylko założyć, że skoro musimy uszanować wartość kanonu 1030 m / s, to być może szkody spowodowane przez zdolność Mikoto wynikają z jej manipulacji elektromagnetycznej spowodowanej ruchem monety w powietrzu lub z innego powodu ... Ale a potem znowu, co wiemy o fizyce tego świata, gdzie nauka i magia współistnieją?

@Krazer wygląda jak basen półolimpijski, 25m x 12,5m x 1,36m

+100

Energia elektryczna może przenosić wodę:

Wiki mówi, że Misaka może generować 1 miliard woltów.
(chociaż niektóre źródła podają 5 miliardów woltów, bądźmy SKROMNE )

Gdyby naładowała monetę, szybkie przeniesienie ładunku z monety do wody spowodowałoby odpychanie między monetą a otaczającą wodą, wypychając wodę z basenu. Fale uderzeniowe odbijałyby się od granic i dna basenu, wypychając wody powierzchniowe w górę.

W anime widać, że wszystkie podmuchy mają pewne ruchy na boki, ale DRUGI wyświetlany podmuch ma bardzo charakterystyczny charakter. ruch na boki, co sugeruje, że uderzenie popycha wodę również nieco na boki, ponieważ naładowana elektrycznie woda oddala się od monety, gdy moneta przechodzi przez basen.

Kwestia rozpraszania ładunku nie jest problemem. Potrafi celować w piorun, więc możemy założyć, że jej moce elektromagnetyczne mogą również zmienić napięcie przebicia powietrza wokół monety (zwiększając ciśnienie wokół monety lub wytwarzając próżnię.

Musimy spojrzeć na pojemność monety

Promień ćwiartki wynosi 13 mm

Z potencjałem 1 miliarda woltów ładunek monety wynosi

Teraz możemy obliczyć siłę elektryczną między naładowaną monetą a naładowaną wodą i dla zwięzłości załóżmy:

połowa ładunku przeniosła się do wody.
ściany i dno basenu są całkowicie izolujący i niezniszczalny.
moneta spadła na dno po przekazaniu połowy ładunku.
Woda znajduje się 1 mm od monety

W tej sytuacji siłę pomiędzy monetą a wodą oblicza się zgodnie z prawem Coulomba:

Dojeżdżamy do Megadżuli Tutaj.

Biorąc pod uwagę masę 10% wody w basenie, siła ta nadaje wodzie chwilowe przyspieszenie:

Teraz, aby podnieść wodę na 100 metrów, musimy odcisnąć prędkość 44,3 m / s

Zatem czas interakcji między monetą a wodą, zanim pozostała energia rozproszy się, tworząc:

Krazer powiedział:
energia wydana na podgrzewanie wody, wytwarzanie dźwięków, głośna eksplozja, każdy dramatyczny efekt wiatru

I to jest

to wyjaśnia

Nawet gdyby wziąć pod uwagę rozpraszanie ładunku, zmniejszającą się siłę odpychania między wodą i inne małe założenia tutaj, jest mnóstwo energii na wszystko.

Wszędzie jest mnóstwo energii, którą można wykorzystać w dowolny sposób.

Ale myślę, że to jasno wyjaśnia, skąd pochodzi energia do podnoszenia wody.

Ponadto, jeśli weźmiesz wydarzenia z późniejszych odcinków, kiedy używa innych przedmiotów niż moneta

Gigantyczny pazur robota, a później cały gigantyczny robot

widać, że ilość zmagazynowanej energii jest większa, podobnie jak siła niszcząca. Ma to sens, ponieważ pojemność tych przedmiotów jest większa niż monety.

Podziękowania dla Wolfram Alpha za obliczenia i obrazy.

Więcej teorii:

Energia elektryczna może nadal przyspieszać monetę nawet po opuszczeniu jej „lufy”.

Jeśli naładuje monetę, może wygenerować na sobie kolejny ładunek tego samego znaku, gdy moneta opuści „kaganiec”. Więc nawet jeśli moneta odlatuje z prędkością 1030 m / s, mogłaby ją przyspieszyć nawet po wystrzeleniu. Ale nie jest to nawet konieczne, ponieważ ...

Wirowanie monety i jedna z najbardziej niszczycielskich sił: harmoniczne.

Jak widać na tym wykresie Wikipedii, po osiągnięciu maksymalnego rezonansu (1: 1) transfer energii gwałtownie wzrasta. Harmoniczne wiatru wystarczą do zniszczenia mostu, poruszając nim jak struną skrzypiec. Gdyby potrafiła obrócić monetą tak, aby jej częstotliwość idealnie pasowała do częstotliwości harmonicznej basenu, mogłaby zostać przekazana ogromna energia.

Właśnie zauważyłem, że woda potrzebuje 9 sekund, aby wznieść się 100 metrów z prędkością 44,3 m / s. Ponieważ wybuch trwa tylko kilka klatek, możemy założyć, że czas kontaktu jest nieco DŁUŻSZY NIŻ 5 ms, a woda w górę po uderzeniu o 100 m po prostu rozrzedza się / wyparowuje
Cóż, basen jest tylko jednym z przykładów, często widzimy, jak zatrzymuje się i wysadza samochody w powietrze, wytwarza wystarczająco dużo ciepła, aby stopić dwa kolejne metalowe pręty i pozostawić głęboką rysę na ziemi, po której się poruszała, nawet bez bezpośredniego kontaktu. Wydawałoby się, że poza samą prędkością monety istnieje jeszcze jedna energia.
Nie wspominając również o tym, że w serii Railgun pokazała, że może napędzać przedmioty inne niż moneta (a mianowicie gigantyczne ramię robota i cały satelita) do podobnych prędkości.

Choć subiektywne, od samego początku miałem silne wrażenie, że komponent pocisku jest pośredni (i prawdopodobnie nieistotny na granicy) w stosunku do jej zdolności.

Potrafi produkować dużo energii
Energia idzie tam, gdzie leci pocisk
Jednak nie ustalono, że pocisk niesie energia

Pocisk może być po prostu elementem typu beacon lub ogniskującym, być może czysto psychologicznym (z techniką będącą przeciwieństwem zwykłego przypadkowego wystrzeliwania wybuchów niekontrolowanej elektryczności).

Pamiętam, jak strzelała dużym pociskiem w późniejszych odcinkach, jednak powyższe spekulacje mogą nadal obowiązywać.

+1, to jest świetne wyjaśnienie IMO. Mogła istnieć scena, w której ludzie znajdują jej monetę, ale pamiętam, że wiele strzałów z jej karabinu powodowało, że moneta stała się belką, zakładam, że topiła się w trakcie (jeśli w ogóle coś z niej zostało).
1 Sposobem zweryfikowania tego byłoby sprawdzenie, czy kiedykolwiek użyła czegoś niemetalowego jako pocisku. Jeśli jej Railgun jest w rzeczywistości Railgunem w sensie naukowym, musiałby działać na coś, co można przyspieszyć za pomocą elektromagnetyzmu, czyli na jakiś rodzaj metalu. Jeśli potrafi używać niemetalowych przedmiotów, to w rzeczywistości nie jest to karabin maszynowy i to wyjaśnienie byłoby bardzo przekonujące.

Twierdzę, że jest to przypadek fizyki anime, odrzucając alternatywne możliwości, które zasugerowałeś.

Masz rację - przenoszenie takiej ilości energii, jak moment bezwładności jest niemożliwy. Nawet supermoce Misaki są oddalone od relatywistycznych prędkości.
Energia nie może zostać zmagazynowana jako ładunek w monecie, ponieważ byłaby ona rozpraszana jako „błyskawica”.
Energia nie mogła pochodzić z energii masowej. Oprócz wynikającego z tego śmiertelnego promieniowania uwolnienie energii masowej bez użycia antymaterii oznaczałoby uwolnienie energii jądrowej. Energię jądrową można uwolnić tylko pod ekstremalnym ciśnieniem (reakcje jądrowe w bombach są inicjowane przez sprężanie uranu w wyniku wybuchu mniejszej bomby). Jeśli ktoś mógłby znaleźć przykład, jak Misaka znalazła swoją monetę po tym, jak nią wystrzeliła, to wyraźnie obali argument o energii masowej.

Wreszcie, Pogromcy mitów udowodnili w tym filmie, że moneta poruszająca się z prędkością 3 razy większą od prędkości dźwięku (z prędkością zbliżoną do pocisku) po prostu wgniata beton.

Warto również zauważyć, że (o ile pamiętam) `` psychiczne '' moce typu Misaki są luźno oparte na zawsze popularnej, fantastycznej, podwójnie błędnej interpretacji eksperymentu myślowego kota Schr dingera: percepcja wpływa rzeczywistość, a zatem zmiana percepcji we właściwy sposób powinna zmienić rzeczywistość. (Lub coś w tym rodzaju. Otaczał go techno-bełkot, ale wydawało się, że jest to sedno sprawy).

Tak więc alternatywne, choć mniej interesujące wyjaśnienie nieproporcjonalnych efektów jej działka kolejowego byłoby czymś w rodzaju: własne wyobrażenie Misaki o tym, jak potężna powinna być ta broń, jest błędne, powodując przesadne efekty.

Wszyscy zapominacie o podstawowym fakcie, że pomiar 1030 m / s został wykonany podczas strzelania do wody. Wpływ oporu na monetę wystrzeloną do wody jest znacznie większy niż wpływ oporu wystrzeliwanego w powietrzu. Powietrze jest prawie tysiąc razy mniej gęste niż woda. Jeśli wykonamy równanie na opór, otrzymamy na monecie siłę równą 18 466 niutonów. [18466 = 0,5 * 1000 kg / m ^ 3 * (1030 m / s) ^ 2 * 0,82 * 0,000042455 m ^ 2]

.82 to współczynnik oporu dla długiego walca, takiego jak moneta arkadowa, 1000 kg / m ^ 3 to gęstość wody, a 0,000042455 m ^ 2 to pole przekroju poprzecznego wypalonej monety.

jeśli wykonamy równanie w odwrotnej kolejności, aby ustalić prędkość monety w powietrzu, pozostanie nam prędkość 29.428 m / s.

Brzmi o wiele bardziej jak prawdziwy pistolet szynowy, prawda?

„A Certain Magical Index” zawiera 50 dziwnych, lekkich powieści, 13 tomów mangi, 2 sezony anime, film i kilka gier wideo.

„A Certain Scientific Railgun” zawiera 2 lekkie powieści, 11 tomów mangi, 2 sezony anime, OVA i własną grę wideo.

W żadnym z tych źródeł (które w każdym razie pamiętam) nie sugeruje się, że sztuczka z karabinem Misaki jest czymś innym niż żeton arkadowy (nie moneta, dlatego jest nawet żelazny) podróżujący trzy razy szybciej niż dźwięk.

Jest jeszcze jedna dziwna właściwość ataku działem kolejowym - Touma, chłopiec z anty-magiczną pięścią, może ją złapać. (Jak widać w rozdziale 7, tomie 1 mangi Railgun.)

Ponieważ Touma może ją rozproszyć, oznacza to, że w monecie wciąż jest coś nadprzyrodzonego, nawet gdy się topi. Ta nadprzyrodzona właściwość będzie powodem, dla którego siła pchania znacznie przewyższa to, co powinna mieć na samym pędzie.

Nie mam dowodów na mój następny punkt, ale uważam, że pole magnetyczne Misaki po prostu kontynuuje popychanie monety długo po tym, jak opuści jej dłoń. To ładnie wyjaśniałoby obie osobliwości.

Nie zapominajmy, że w odcinku, w którym zrobiła ramię robota, zrobiła to, ponieważ osoba siedziała poza zasięgiem jej monet. Na końcu belki po prostu nie było monety. Wyjaśniła, blokując, łapiąc i strzelając z tej ręki, że jest powód, dla którego zwykle używa monet.

Podejrzewam, że kilka czynników przyczynia się do jej destrukcyjnego potencjału, w tym jej wyznaczony status badass, ciągłe przyspieszenie, bezwładność, spin, hipersoniczna fala uderzeniowa i możliwa konwersja materii w plazmę.

Pamiętaj, że prawdopodobnie też kieruje energię na walkę z odrzutem i innymi destrukcyjnymi aspektami strzelania z karabinu. Ta osłona jest wystarczająca, aby zatrzymać skierowane wielokrotne wybuchy jądrowe, które mogą gwałtownie topić się w betonie i stali, pomimo wyczerpania Misaki w tym czasie. Jestem pewien, że to może być wystarczająca energia, aby spowodować wtórne przyspieszenie.

Jest to przypadek fizyki anime, do której nawiązywały inne plakaty, ale nie przeciętna fizyka anime, w niektórych częściach mangi i indeksie siostrzanych serii powiedziane jest, że sposób działania mocy espera polega na manipulowaniu polem wypaczającym rzeczywistość, aby pasowało do styl ich uprawnień. dlatego też karabin misaka działa, ponieważ ma za sobą wystarczającą energię wypaczania rzeczywistości i matematykę