Hvordan er Misakas jernkanon så ødelæggende?

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

I afsnit 1 af Railgun slutter Misakas railgun en god del af det, der ser ud til at være en swimmingpool i olympisk størrelse. Senere i samme episode afsløres det, at hendes railgun bevæger sig med en hastighed på 1030 m / s.

Tallene tilføjes dog ikke.

Antag at Misaka bruger 10 gram mønter. På 1030 m / s, den mønt har så meget energi:

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

En swimmingpool i olympisk størrelse har 2.500.000 kg vand. Baseret på billedet ovenfor bevæger den kegle sandsynligvis godt 100 meter op i luften.

Så lad os sige til fordel for tvivlen, at kun 10% af vandet løftes 100 meter op i luften.

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

Mønten har brug for 2.45 * 10^8 Joule energi til at løfte swimmingpoolen som vist ovenfor. Men hendes mønt kan kun give 5304.5 Joules. Der er en forskel på omkring 4 størrelsesordener.

Okay ... Før nogen afviser dette som bare endnu et tilfælde af anime-fysik, lad os se på, hvad der ellers kunne producere så meget energi:

Møntens spin fanges ikke i nettohastigheden på 1030 m / s. Men i betragtning af inertimomentet for en lille mønt ville det have brug for en enorm (relativistisk?) Mængde spin at bære 10^8 Joules.
Gebyret for mønten er ikke specificeret i anime. Måske polariserer Misaka på en eller anden måde ladningen i mønten og på en eller anden måde frigiver den ved kontakt med målet.
Massenergien (E = mc^2) af mønten er 9 * 10^14 Joules. Er det hvad hun gjorde?

Så spørgsmålet er: Er der nogen officiel forklaring på, hvor mønten får så meget energi? Eller må vi afvise dette som et andet tilfælde af anime-fysik?

Og hvis nogen er interesseret i chatdiskussionen om fysikken her: chat.stackexchange.com/transcript/message/7951592#7951592
FWIW, Funimation skrev et blogindlæg, A Certain Scientific Explanation of Railguns, sidste år. Desværre ser det ud til, at den sammenkædede PDF, der kørte numrene og lampeskærmet, hvor forkert den er, er gået tabt. IIRC, svarene her dækker allerede alt, hvad det sagde alligevel.
@Mystical af Official mener du en rent fysik eller en kanonisk forklaring?
@Mindwin Med "officiel" mener jeg, hvis studiet eller nogen af forfatterne har sagt noget.

Ifølge anime og manga har Mikoto en "snudehastighed" på 1030 m / s:

I modsætning hertil har den amerikanske flådes jernbanepistol en mundingshastighed på 2520 m / s (~ 5600 mph eller ~ 7,5x lydens hastighed) med en mundingsenergi på 10,64 megajoules (10,64 millioner joule). Hvilket sandsynligvis kan sammenlignes med mængden af energi i en gennemsnitlig størrelse bil, der bevæger sig ved 250 km / t.

Sammenlignende har en AK-47-riffel en mundingshastighed på 715 m / s (~ 1600 mph eller ~ 2x lydhastigheden) med en mundingsenergi på ~ 2010 joule (forudsat at der anvendes 7,62 x 39 mm patroner, men kan variere afhængigt af typen af ammunition).

Selvom det ikke er så imponerende statligt, når det gælder jernbanepistoler, da egentlige kanoner er i stand til at opnå hastigheder på muligvis mere end ~ 5000 m / s. Vær opmærksom på, at Mikoto er en mellemskole, der kan affyre otte skud af disse i minuttet, hvilket er på niveau med "typiske" jernkanoner.

Hvis man antager, at mønten kan sammenlignes med størrelsen og vægten af et amerikansk kvartal, kan man antage, at den mønt, hun bruger, har en vægt på ca. fem gram. Ved hjælp af denne formel kan vi få hans mundingsenergi:

Energi = 0,5 * (masse) (hastighed)² = 0,5 * (0,005 kg) (1030 m / s)² = ~ 2652,25 joule

Så Mikoto leverer lidt mere skade end en halvautomatisk angrebsriffel.

Men det er ikke det, vi ser nu, er det?

Ikke helt. Men hvad kan forårsage en sådan forskel i output?

Ifølge Side 1, kapitel 4 i Railgun manga, manipulerer hun elektromagnetisme for at opnå sine resultater. Dette synes plausibelt, da hvis magnetfeltet var tilstrækkeligt fokuseret, kunne hun teoretisk kun accelerere mønten og / eller objekter i nærheden.

Lad os nu tage et kig på pooltesten igen. Fra poolrensningsepisoden (S1, ep. 2) har vi et omtrentligt skøn over poolens dimensioner:

Lad os måle ting med hensyn til Kurokos højde (~ 152 cm)!

Eftersom puljen ikke tilspidses eller i begge ender, kan vi antage, at puljen er ca. 14 Kurokos lang eller ~ 21,28 m (ja det virker lidt lille) og ca. 11 Kurokos bred eller ~ 16,72 m ved linjerne på poolbunden og lidt mindre end ~ 0,9 Kuroko, eller lad os sige 1,36 meter dybt.

Med hensyn til det fordrevne vand, vi kunne forsøg på at integrere volumenet af vandskyen, forudsat at den er halv og halv luft, finder dens vægt osv. Men vi vil være dovne her og antage, at 1/1000 af poolens vandmængde blev spredt ud i luften, når Mikoto fyrer hendes pistol. Puljen ville have et volumen:

Rumindhold = (1,36 m) * (21,28 m) * (16,72 m) = ~ 486,73 m³ af vand

Da "massecentret" vandstrømmen ser ud til at være sammenlignelig, er tæt på toppen af bygningen af gymnastiksalen, bliver det et øjeoverslag for døren sammenlignet med bygningen, antager at den er 10 m høj. For at beregne den nødvendige energi til at opnå noget lignende gør vi:

(Energi, der kræves for at løfte et objekt) = (masse af objekt) * (acceleration på grund af tyngdekraften) * (løftehøjde).

Lad os i dette scenarie klippe en masse hjørner og antage, at al skuddets energi går i at løfte vandet (hvorved ignorere den energi, der bruges på at varme vandet op, skabe lydene høj eksplosion, enhver dramatisk vindeffekt), så vi har

Energi = (1/1000) * (~ 486,73 m³) * (1000 kg / m³ vand) * (9,8 m / s²) * (10m) = ~ 47699,54 joule

Hvis vi tilslutter det bagud i den kinetiske energiligning:

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

Så mundingshastigheden på hendes skinne kan være ~ 4368,04 m / s.

Man kan kun antage, at da vi skal respektere kanonværdien på 1030 m / s, at skaden forårsaget af Mikoto-evnen måske skyldes hendes manipulation af elektromagnetisk forårsaget, når mønten bevæger sig gennem luften eller en anden faktor ... Men så igen, hvad ved vi om fysikken i denne verden, hvor videnskab og magi eksisterer sammen?

@Krazer ved udseendet af det ser ud som en semi-olympisk pool, 25m x 12,5m x 1,36m

+100

Elektricitet kan flytte vandet:

Wiki siger, at Misaka kan generere 1 milliard volt.
(selvom nogle kilder angiver 5 milliarder volt, kan det være MODEST )

Hvis hun oplader mønten, vil den hurtige overførsel af ladning fra mønten til vandet medføre afstødning mellem mønten og det omgivende vand og fremdrive vandet væk fra puljen. Chokbølgerne reflekterede over grænserne og bunden af poolen og skubbede overfladevandet op.

Du kan se i anime, at alle eksplosioner har en vis sidelæns bevægelse, men den ANDENE eksplosion, der vises, har en meget særpræg. sidelæns bevægelse, hvilket antyder, at stødet skubber vandet også lidt til siderne, da det elektrisk ladede vand bevæger sig væk fra mønten, mens mønten krydser puljen.

Spørgsmålet om, at afgiften forsvinder, er ikke et problem. Hun kan AIM-lyn, så vi kan antage, at hendes elektromagnetiske kræfter også kan ændre nedbrydningsspændingen i luften omkring mønten (ved enten at øge trykket omkring mønten eller skabe vakuum.

Vi er nødt til at se på møntens kapacitans

En fjerdedels radius er 13 mm

Med et potentiale på 1 milliard volt er opladningen af mønten

Nu kan vi beregne den elektriske kraft mellem den ladede mønt og det ladede vand, og for kortfattethedens skyld antager vi:

halvdelen af ladningen er overført til vandet.
væggene og bunden af swimmingpoolen er helt isolant og uforgængelig.
mønten har ramt bunden, når halvdelen af ladningen overføres.
Vandet er 1 mm væk fra mønten

I denne situation beregnes styrken mellem mønt og vand med coulombs lov:

Vi kommer til Megajoule Here.

I betragtning af massen på 10% poolens vand giver denne kraft vandet en øjeblikkelig acceleration på:

For at løfte vandet 100 meter er vi nødt til at indprente vandet med en hastighed på 44,3 m / s

Så interaktionstiden mellem mønt og vand, inden den resterende energi forsvinder, hvilket gør:

Krazer sagde:
energi brugt på at varme vandet op, skabe lydene høj eksplosion, enhver dramatisk vindeffekt

Og det er det

det tegner sig for

Selv hvis du skulle tage højde for ladningsafledningen, den faldende frastødningskraft mellem vandet og andre små antagelser her, er der masser af energi til alt.

Der er masser af energi overalt, der skal bruges, som du vil.

Men jeg tror, dette tydeligt forklarer, hvor energien til at løfte vandet kommer fra.

Også, hvis du tager begivenhederne i senere episoder, når hun bruger andre genstande end en mønt

En kæmpe robotklo og senere en hel kæmperobot

du kan se, at mængden af lagret energi er større, og det samme er den destruktive magt. Det giver mening, fordi kapacitansen af disse varer er større end en mønt.

Mange tak til Wolfram Alpha for beregningerne og billederne.

Flere teorier:

Elektricitet kan fortsætte med at accelerere mønten, selv efter at den forlod "næsepartiet".

Hvis hun oplader mønten, kan hun generere en anden afgift af det samme tegn på sig selv, efter at mønten forlader "næsepartiet". Så selvom mønten forlader med en hastighed på 1030m / s, kunne hun accelerere den, selv efter at den var fyret. Men det er ikke engang nødvendigt, fordi ...

Møntens spin og en af de mest destruktive kræfter: harmoniske.

Som vi kan se fra denne wikipedia-graf, øges energioverførslen dramatisk, når den maksimale resonans (1: 1) er nået. Wind Harmonics er nok til at ødelægge en bro ved at flytte den som en violinstreng. Hvis hun kan dreje mønten, så dens frekvens passer perfekt til poolens harmoniske frekvens, kunne massiv energi overføres.

Jeg bemærkede lige, at vandet ville tage 9 sekunder at gå op 100 meter ved 44,3 m / s. Da eksplosionen kun tager et par rammer, kan vi antage, at kontakttiden er lidt Længere end 5 ms, og det opadgående vand tyndes / fordamper bare efter at have ramt 100 m
Puljen er kun et eksempel, vi ser hende ofte stoppe og sprænge biler op i luften, producere nok varme til at smelte to på hinanden følgende metalstænger og efterlade en dyb ridse på jorden, den rejste over, selv uden direkte kontakt. Det ser ud til, at der er en anden energi bortset fra møntens rene hastighed.
For ikke at nævne, at hun i Railgun-serien viste, at hun kan drive andre genstande end en mønt (nemlig en kæmpe robotarm og en hel satellit) til lignende hastigheder.

Mens det var subjektivt, var det mit stærke indtryk fra starten af, at projektilkomponenten er indirekte (og muligvis grænserelevant) for hendes evne.

Hun kan producere en masse af energi
Energien går, hvor projektilet går
Det er imidlertid ikke fastslået, at projektilet bærer energien

Projektilet kan kun være et fyrtårn eller en fokustype af komponent, muligvis rent psykologisk (med teknikken modsat af tilfældigt at skyde ud af udbrud af ukontrolleret elektricitet).

Jeg husker, at hun skyder stort projektil i senere episoder, men ovenstående spekulation kan muligvis stadig gælde.

+1, dette er en god forklaring IMO. Der kan have været en scene, hvor folk finder en mønt, men jeg husker, at mange affyringer af hendes pistol var blevet mønten til en stråle, jeg antager at smelte den undervejs (hvis der overhovedet er noget tilbage af det).
1 En måde at verificere dette på er at se, om hun nogensinde bruger noget ikke-metal som projektilet. Hvis hendes Railgun faktisk er en Railgun i videnskabelig forstand, ville den skulle handle på noget, der kan accelereres med elektromagnetisme, så et metal af en slags. Hvis hun kan bruge ikke-metalliske genstande, så er det ikke en jernbane, og denne forklaring ville være meget overbevisende.

Jeg hævder, at det er et tilfælde af anime-fysik ved at tilbagevise de alternative muligheder, du foreslog.

Du har ret - at bære en sådan mængde energi som inertimoment er umulig. Selv Misakas superkræfter er en verden væk fra relativistiske hastigheder.
Energien kan ikke lagres som ladning i mønten, da den fortsætter med at sprede sig som "lyn".
Energien kunne ikke være kommet fra masseenergi. Udover den resulterende dødelige stråling ville frigivelse af masseenergi uden brug af antimateriale betyde frigivelse af kerneenergi. Atomenergi kan kun frigives under ekstremt pres (nukleare reaktioner i bomber initieres ved at komprimere uran med eksplosionen af en mindre bombe). Hvis nogen kunne finde et eksempel på, at Misaka fandt sin mønt, efter at hun skød den, vil det klart afvise argumentet om massenergi.

Endelig beviste Mythbusters i denne video, at en mønt, der kører med 3 gange lydens hastighed (omkring en kugles hastighed), kun buler beton.

Det er også værd at bemærke, at (så vidt jeg husker) de 'psykiske' kræfter af den type, Misaka har, er løst baseret på den stadigt populære, fantastiske, dobbelt-fejlfortolkning af Schr dinger's-cat-tankeksperimentet: denne opfattelse påvirker virkeligheden og dermed ændre opfattelsen på den korrekte måde skulle ændre virkeligheden. (Eller noget lignende. Der var omgivende teknobabbling, men det syntes at være kernen i det.)

Således ville en alternativ, men mindre interessant forklaring på de uforholdsmæssige virkninger af hendes railgun være noget i retning af: Misakas egen opfattelse af, hvor kraftig railgun skulle være, er forkert, resulterer i overdrevne effekter.

I glemmer alle det grundlæggende faktum, at 1030 m / s-målingen blev taget, mens man fyrede i vand. Virkningerne af træk på mønten fyret i vand er langt større i størrelse end virkningerne af træk, mens de skyder gennem luften. Luft er næsten tusind gange mindre tæt end vand. Hvis vi udfører ligningen for træk, kommer vi med en kraftstyrke på mønten på 18.466 Newton. [18466 = .5 * 1000kg / m ^ 3 * (1030m / s) ^ 2 * .82 * 0.000042455m ^ 2]

.82 er trækkoefficienten for en lang cylinder som en arkademønt, 1000 kg / m ^ 3 er tætheden af vand, og .000042455m ^ 2 er tværsnitsarealet af den fyrede mønt.

hvis vi udfører ligningen i omvendt rækkefølge for at finde ud af møntens hastighed i luft, er vi tilbage med en hastighed på 29.428m / s.

Lyder helvede meget mere som en ordentlig skinnepistol, ikke?

'A Certain Magical Index' har 50 ulige lette romaner, 13 bind manga, 2 årstider med anime, en film og et par videospil.

'A Certain Scientific Railgun' har 2 lette romaner, 11 bind manga, 2 årstider med anime, en OVA og et eget videospil.

I ingen af disse kilder (som jeg alligevel kan huske) antydes Misakas railgun-trick at være andet end et arkade-token (ikke en mønt, hvorfor det endda er jernholdigt til at begynde med), der rejser tre gange lydens hastighed.

Og der er en anden underlig egenskab ved railgun-angrebet - Touma, drengen med den anti-magiske knytnæve, kan fange den. (Som det fremgår af kapitel 7, bind 1 i Railgun manga.)

Da Touma kan fjerne den, betyder det, at der stadig er noget overnaturligt ved mønten, selv mens den smelter. Den overnaturlige egenskab vil være grunden til, at den har en skubberkraft langt over, hvad den skulle have på momentum alene.

Jeg har ingen beviser for mit næste punkt, men jeg tror, at Misakas magnetfelt simpelthen fortsætter med at skubbe mønten godt, efter at den forlader hendes hånd. Det ville forklare begge mærkeligt.

Lad os ikke glemme i episoden, at hun gjorde robotarmen, at hun gjorde det, fordi personen sad uden for rækkevidden af hendes mønter. I slutningen af bjælken var der simpelthen ingen mønt tilbage. Hun forklarede, da hun blokerede, fangede og affyrede armen, at der er en grund til, at hun normalt bruger mønter.

Jeg formoder, at flere faktorer kombinerer for at bidrage til hendes destruktive potentiale, herunder hendes udpegede dårlige status, fortsat acceleration, inerti, spin, hypersonisk shockwave og mulig omdannelse af stof til plasma.

Husk, at hun sandsynligvis også omdirigerer energi for at bekæmpe rekyl og andre destruktive aspekter af affyringen af jernkanonen. Denne afskærmning er tilstrækkelig til at stoppe rettet adskillige nukleare sprængninger, der er i stand til hurtigt at smelte gennem beton og stål på trods af at Misaka var opbrugt på det tidspunkt. Jeg er sikker på, at dette kan være tilstrækkelig energi, der forårsager en sekundær acceleration.

Det er et tilfælde af anime-fysik, som andre plakater har hentydet til, men ikke din gennemsnitlige anime-fysik. Det siges i visse dele af mangaen og søsterserieindekset, at den måde, esper-kræfter fungerer på, er ved at manipulere et virkelighedssvindfelt, så det passer stil med deres kræfter. derfor fungerer misakas jernkanon, fordi den har tilstrækkelig virkelighed og energi og matematik bag sig