Fizica supereroilor - GRIN
Un tratat fizic și social
Lucrare tehnică (școală) 2016 28 de pagini
Citirea eșantionului
Cuprins
2. Fizica eroului de benzi desenate și de film Spider-Man
2.1 Spider-Man
2.2 Rezistența firelor de păianjen ale Spider-Man
2.3 Oscilația pendulului
2.3.1 Balansul normal al pendulului Spider-Man
2.3.2 Începutul Spider-Man într-un pendul
2.4 Căderea liberă în firul unui păianjen
3. Interacțiunea socială cu supereroii
3.1 Integrarea supereroului
3.1.1 Problemele coloniilor etnice de supereroi
3.1.2 „Ciclul de relații rasiale” aplicat supereroilor
7. Directoare
7.1 Bibliografie
7.2 Surse de internet
7.3. Surse de film
1. Introducere
În filme și benzi desenate despre supereroi, sunt descrise acțiuni care par destul de discutabile din punct de vedere fizic și social. Cu toate acestea, cititorul și spectatorul nu au posibilitatea de a verifica acțiunile descrise și, prin urmare, pot avea o impresie greșită a legilor fizice și a comportamentului social.
Din această cauză, este important să analizăm în ce măsură evenimentele descrise în benzi desenate și filme corespund realității. Acest obiectiv formează un proiect mai amplu la care încă nu s-a lucrat în mod cuprinzător. Această lucrare ar trebui să ajute la completarea lacunelor corespunzătoare în cunoștințe.
În cele ce urmează, eroul de benzi desenate și filmul Spider-Man din filmul cu același nume [1] este examinat pentru fizica sa atunci când se deplasează cu fire de păianjen. De asemenea, analizează modul în care o societate reală ar face față super-eroilor în realitate.
Deoarece aproape fiecare acțiune a super-eroului Spider-Man are loc pe baza firelor sale de păianjen, este necesar să se verifice rezistența firelor sale de păianjen. Mai mult, diferitele sale leagăne de pendul, pe care le face cu ajutorul firelor sale de păianjen, urmează să fie supuse unei analize fizice. Scopul este de a clarifica ce performanță ar trebui să ofere Spider-Man în comparație cu oamenii normali pentru a-și stăpâni tipurile de swing. În ceea ce privește acest lucru, leagănul său „normal” al pendulului este analizat mai întâi în două moduri diferite, prin care se ia în considerare doar leagănul normal și, în ceea ce privește analiza ulterioară, cazul în care începe să se balanseze doar dintr-un punct inferior al pendulului. Deoarece Spider-Man din film se poate salva de la o cădere liberă cu unul dintre firele sale de păianjen, există și un interes în investigarea acestui caz în ceea ce privește realitatea acestuia.
Pentru a dezvolta manevrarea așteptată a unei societăți reale cu supereroi, este analizată măsura în care supereroii ar putea fi integrați într-o societate reală. În acest sens, este deosebit de important să se clarifice dacă și cum s-ar forma grupurile etnice de supereroi și care ar putea fi o problemă pentru integrarea cu succes.
Pentru partea fizică, filmul „Spider-Man” este vizionat pentru a obține o imagine a aspectelor care trebuie analizate. [2] Baza cunoașterii este creată sub forma formulelor care trebuie utilizate. O problemă majoră în analiza fizică cu privire la Spider-Man este lipsa „datelor tehnice”. Cu toate acestea, acești parametri fizici pot fi deduși pe baza scenelor cu Spider-Man prezentate în film. Datele privind speciile de păianjen reale comparabile oferă informații despre proprietățile firelor de păianjen Spider-Man. Informațiile despre distanțe și lungimi, care sunt necesare în timpul unei examinări fizice, pot fi, de asemenea, derivate din film printr-o examinare critică a secvențelor de film corespunzătoare.
Pentru considerația socială în domeniul integrării, se aplică un ciclu de integrare supereroilor, care a expirat deja în trecut în raport cu grupurile reale de populație și creează astfel comparabilitate. Există, de asemenea, publicații care descriu motivele formării grupurilor etnice și problemele asociate. Aceste descoperiri pot fi aplicate și supereroilor.
Pentru a obține o imagine de ansamblu asupra proprietăților fizice ale Spider-Man, valorile calculate în mod rezonabil presupuse pentru parametrii săi fizici, în special mătasea paianjenului, sunt justificate. Considerația fizică începe apoi cu leagănul normal al pendulului Spider-Man. Acest lucru este apoi analizat din nou într-o altă condiție. Odată cu analiza fizicii căderii libere a Spider-Man, considerația fizică datorată condițiilor cadru ale acestei lucrări este încheiată.
Aceasta este urmată de o discuție despre modul în care societatea se ocupă de supereroi, în care sunt prezentate posibilele motive pentru apariția coloniilor etnice de supereroi. Aspectul social este completat prin furnizarea unei ilustrații a modului în care ar putea arăta un posibil proces de integrare a supereroilor.
2. Fizica eroului de benzi desenate și de film Spider-Man
2.1 Spider-Man
Spider-Man este personajul principal din filmul "Spider-Man" [3]. Este o personalitate fictivă care, după ce a fost mușcată de un păianjen modificat genetic, are acum puterile acestui lucru. Prin urmare, personajul Spider-Man este capabil, de exemplu, să tragă mătase de păianjen de la încheieturi. [4]
Filmul „Spider-Man” arată că păianjenul care l-a mușcat (Fig. 1) este o specie din genul Araneus (păianjen de grădină). [5] În afară de culoare, arată extrem de similar cu un Araneus diadematus (păianjen de grădină) (Fig. 2). Pe baza acestei similitudini, proprietățile fizice ale mătăsii păianjenului unui păianjen de grădină sunt proiectate pe mătasea păianjenului Spider-Man (Fig. 3). Deoarece păianjenul de grădină folosește așa-numita „mătase de ghidare a păianjenului” printre alte lucruri pentru rapel, Spider-Man este examinat în ipoteza că el folosește și acest tip de mătase de păianjen pentru a-și îndeplini „faptele eroice”.
Pentru alte calcule fizice pentru Spider-Man, se presupune că personajul principal cântărește 70 kg. Acest lucru corespunde aproximativ cu dimensiunea actorului principal prezentat în filmul „Spider-Man”, ținând cont de corpul său atletic. [7] În plus, pentru toate calculele se presupune că mătasea sa de ghidare este cilindrică și are un diametru de 1 cm. [A 8-a]
2.2 Rezistența firelor de păianjen ale Spider-Man
Pentru a verifica rezistența mătăsii de păianjen Spider-Man în filmul cu același nume pentru posibilul său conținut de realitate, este luată în considerare mai întâi situația din filmul descris mai jos. Acolo Spider-Man deține o telegondolă a „Roosevelt Island Tramway” din New York, încărcată cu aproximativ 15 copii de școală și doi adulți cu unul dintre firele sale de păianjen, precum și prietena sa Mary Jane. [9] Presupunând că fiecare copil cântărește 30 kg, cei doi adulți fiecare 80 kg și Mary Jane 60 kg, pe lângă greutatea Spider-Man (70 kg), există o sarcină parțială de 740 kg. [10] După adăugarea greutății gondolei goale, care se presupune a fi de 2 t, sarcina totală este de 2740 kg. În cele ce urmează, nu se calculează dacă Spider-Man sau o persoană ar putea face față unei astfel de greutăți, ci mai degrabă dacă firul păianjenului Spider-Man ar putea să țină această greutate.
Pentru a calcula masa maximă încărcabilă de mătase de ghidare a păianjenului Spider-Man, este necesară mai întâi forța maximă (Fmax) pe care o poate rezista firul.
Figura nu este inclusă în acest extract
Rezistența la tracțiune (σ) a mătăsii firului de păianjen, cu alte cuvinte „rezistența” firului de păianjen, este tensiunea mecanică maximă pe care o poate suporta mătasea înainte de a se sparge.
Suprafața secțiunii transversale (A) pentru ghidajul Spider-Man de 1 cm grosime are o suprafață de 7,85 * 10-5 m2. [11] Rezistența la tracțiune a firului păianjenului păianjenului de grădină utilizat pentru comparație este de 1,1 GPa. [12] Produsul acestor două valori are ca rezultat o forță maximă suportabilă a liniilor directoare Spider-Man de 86350 N. [13]
Masa maximă care poate fi atârnată de fir poate fi calculată utilizând formula pentru forța de greutate (formula 2). În acest scop, forța maximă care poate acționa asupra ghidajului înainte de rupere este echivalată cu forța de greutate (formula 2).
Figura nu este inclusă în acest extract
Valoarea cunoscută de 9,81 m/s2 este utilizată pentru accelerația datorată gravitației (g) în cazul în cauză. După rezolvarea formulei pentru greutate în funcție de masă, coeficientul din formula 3 dă masa maximă pe care o poate transporta ghidul Spider-Man.
Figura nu este inclusă în acest extract
Cu o forță maximă de 86350 N, care poate acționa asupra ghidajului, precum și o accelerație datorită greutății de 9,81 m/s2, urmează o greutate de 8802,24 kg, [14] care poate fi ținută de ghidul păianjen de mătase Spider-Man înaintea acestuia lacrimi.
Deoarece aceasta este cu mult mai mare decât cele 2,7 t care vor fi ținute în scena filmului investigat, firul păianjenului ar putea chiar să dețină mai mult de trei ori această greutate. În ceea ce privește stabilitatea firului de păianjen, scena descrisă este, prin urmare, realistă în funcție de circumstanțe.
2.3 Oscilația pendulului
2.3.1 Balansul normal al pendulului Spider-Man
Spider-Man se deplasează pe străzile din New York în principal cu ajutorul leagănelor pendulului pe pânzele de păianjen (Fig. 4). El reușește să facă acest lucru sărind imediat într-un nou pendul pe care l-a creat de îndată ce a fost finalizat un leagăn al pendulului. [15]
În momentul în care se schimbă de la pendulul vechi la cel nou, are o viteză de 0 m/s. Noul pendul are un ghidaj de păianjen, lungimea de 30 m setată pentru următoarele calcule. De îndată ce a împușcat firul păianjenului și este conectat la pendul, are o energie potențială în pendul, care se produce prin distanța sa de sol. În pendul la începutul oscilației, aceasta este egală cu energia cinetică pe care o atinge în partea de jos a pendulului. Pentru a calcula viteza, aceste două ecuații, așa cum se arată în formula 4, sunt, prin urmare, echivalate. Masa se întrerupe.
Figura nu este inclusă în acest extract
Dacă ecuația este reamenajată în funcție de viteza din pătrat, [16] rădăcina pătrată a produsului din aceasta dă viteza (formula 5).
Figura nu este inclusă în acest extract
Formula arată că numai lungimea pendulului este o variabilă schimbătoare care influențează viteza.
Cu ajutorul ecuației pentru viteză, este acum posibil să se ia în considerare forțele g. Acestea sunt cauzate de accelerația centrifugă (az), care acționează asupra Spider-Man în pendul (Formula 6).
Figura nu este inclusă în acest extract
Introducerea Formulei 5 în Formula 6 are ca rezultat:
Figura nu este inclusă în acest extract
Se pare că forțele G maxime care pot acționa într-un pendul nu pot depăși niciodată o accelerație maximă de 2 g, indiferent de lungime. [17]
Timpul de care Spider-Man are nevoie pentru o oscilare întreagă a pendulului corespunde cu jumătate din perioada pendulului, care se calculează conform formulei 8.
Figura nu este inclusă în acest extract
Cu toate acestea, deoarece formula 8 poate fi utilizată numai pentru deviații mici de mai puțin de 10 ° dintr-un pendul, iar leagănul Spider-Man este o deviere de 90 °, este necesară devierea procentuală a duratei perioadei de la această deviere. Acest lucru poate fi determinat cu ajutorul simulării unui pendul cu fir de la Universitatea din Colorado [18], deoarece în simulare durata perioadei este specificată împreună cu unghiul stabilit. Lungimea pendulului și masa fixă nu sunt relevante în ceea ce privește abaterea procentuală a duratei perioadei. Pentru a obține cea mai precisă abatere procentuală posibilă, se calculează între 1 ° și 90 °, unde este de 18%. [19] Perioada conform formulei 8 corespunde unei valori de 10,99 s. [20] În cazul Spider-Man-ului luat în considerare, perioada este de 12,97 s, datorită adăugării a 18%. [21] Prin urmare, o oscilație a pendulului de la poziția inițială la poziția țintă durează 6,49 s. Pentru Spider-Man aceasta înseamnă că trebuie să țină o greutate pe brațe pentru această perioadă de timp, care este între greutatea corporală de 70 kg în momentul săriturii în punctul înalt și greutatea sa dublă în punctul inferior.
Rezultatele proprii ale măsurătorilor arată că este posibil ca o persoană bine antrenată să țină de două ori propria greutate corporală timp de până la 26 de secunde în timp ce atârnă de mâini (Fig. 5). Deoarece accelerația dublă datorată gravitației se acumulează în timpul unei oscilații a pendulului în perioada de la punctul înalt la punctul inferior și scade de la punctul jos la punctul înalt, se poate presupune că 1 g trebuie să reziste pentru jumătate de oscilație și 2 g pentru cealaltă jumătate. Ca rezultat, aproximativ 1,5 g trebuie să reziste pentru o pendulare pe o perioadă de 6,49 s. Prin urmare, de o dată și jumătate intervalul de timp în care ar putea rezista 2 g corespunde timpului care poate fi petrecut legând pendulul. Acest lucru are ca rezultat 39 de secunde, ceea ce înseamnă că ar fi posibile până la șase leagăne de 6,49 s fiecare. După aceste șase leagăne de pendul, devine critic și există riscul căderii. Conform acestor valori, Spider-Man ar trebui să fie mai puternic decât masa musculară prezentată în film pentru a putea efectua leagănuri pendulare continue chiar și de durată mai lungă. [22] În consecință, masa musculară a Spider-Man prezentată în film este insuficientă și nerealistă.
2.3.2 Începutul Spider-Man într-un pendul
În timpul primului leagăn al Spider-Man al pendulului, el se află pe acoperișul unei case, de unde trage un fir de păianjen spre brațul unei macarale care se află pe partea opusă a străzii. Când Spider-Man sare peste stradă, lovește un panou direct sub macara și alunecă în jos nevătămat.
Pentru a testa dacă Spider-Man poate supraviețui unei astfel de coliziuni, este necesară viteza cu care lovește peretele. Acest lucru rezultă din formula 5. Cu toate acestea, deoarece macaraua este mai mare decât poziția inițială Spider-Man, diferența de înălțime trebuie scăzută din lungimea pendulului pentru un calcul exact al vitezei sale. Această diferență poate fi determinată folosind tangenta de la unghiul Spider-Man la brațul macaralei și distanța dintre locația Spider-Man și macara (Figura 6). Pentru toate calculele următoare, se presupune o distanță de macara până la acoperișul casei de 50 m și un unghi de 20 ° față de braț. [23] Pentru calcularea tangentei de 20 °, se formează coeficientul înălțimii suplimentare a macaralei (hK) ca parte opusă și distanța macaralei (sK) ca parte adiacentă. Prin remodelare în funcție de înălțimea suplimentară a macaralei, rezultatul este că macaraua este cu 18,2 m mai mare decât poziția Spider-Man. [24] Cu ajutorul acestei diferențe de înălțime și a teoremei pitagoreice, lungimea pendulului necesar (lP) pentru oscilație poate fi determinată la 53,21 m. [25]
Pentru a calcula viteza cu care Spider-Man lovește panoul de afișare în cel mai jos punct al pendulului, trebuie adăugată o altă variabilă la formula de viteză, în plus față de lungimea pendulului, care depinde de lungimea înălțimii nebătute ( hK) deduce (Formula 9).
Figura nu este inclusă în acest extract
[1] Spider-Man. R.: Raimi S.; Scenariu: Koepp D.; SUA: Columbia Pictures Corporation, Marvel Enterprises, Laura Ziskin Productions 2002.
[4] cf. Omul Paianjen. R.: Raimi S., scenariu: Koepp D., SUA: Columbia Pictures Corporation, Marvel Enterprises, Laura Ziskin Productions 2002, minut: 27:09 - 27:18.
[5] cf. R.: Raimi S., scenariu: Koepp D., a. A. O. Minut: 10:23 - 10:27.
[6] cf. Gosline, J. M. și colab.: Proiectarea mecanică a mătăsurilor păianjen: de la secvența fibroinelor la funcția mecanică, în: The Journal of Experimental Biology, No. 202, p. 3295.
[7] cf. Omul Paianjen. R.: Raimi S., scenariu: Koepp D., SUA: Columbia Pictures Corporation, Marvel Enterprises, Laura Ziskin Productions 2002, minut: 18:25 - 18:50, minut: 25:07.
[8] cf. R.: Raimi S., scenariu: Koepp D., a. A. Minut O.: 17:25 - 27:29.
[9] cf. R.: Raimi S., scenariu: Koepp D., a. A. O. Minut: 102: 45 - 102: 50.
[12] Kubik S.: Fibre de înaltă performanță din Spider Silk, în: Angewandte Chemie. Ediția internațională, nr. 41, p. 2721.
[15] cf. Omul Paianjen. R.: Raimi S., scenariu: Koepp D., SUA: Columbia Pictures Corporation, Marvel Enterprises, Laura Ziskin Productions 2002, minut: 45:56 - 46:06.
[18] cf. Dubson, M./Loeblein, T. (2011): Pendulum Lab. phet.colorado.edu/sims/pendulum-lab/pendulum-lab_de.html (stare: 10.03.2016).
[22] cf. Omul Paianjen. R.: Raimi S., scenariu: Koepp D., SUA: Columbia Pictures Corporation, Marvel Enterprises, Laura Ziskin Productions 2002, minut: 18:35.
[23] cf. R.: Raimi S., scenariu: Koepp D., a. A. Minutul O.: 26:44 - 26:46.