Фізика супергероя - GRIN
Фізичний та соціальний трактат
Технічна робота (школа) 2016 28 сторінок
Зразок для читання
Зміст
2. Фізика комічного і кіногероя Людина-павук
2.1 Людина-павук
2.2 Стійкість павукових ниток Людини-павука
2.3 Розмах маятника
2.3.1 Звичайний маятник Людини-павука
2.3.2 Початок Людини-павука в маятнику
2.4 Вільне падіння в павукову нитку
3. Соціальна взаємодія з супергероями
3.1 Інтеграція супергероїв
3.1.1 Проблеми етнічних колоній супергероїв
3.1.2 «Цикл расових відносин», застосований до супергероїв
7. Довідники
7.1 Бібліографія
7.2 Інтернет-джерела
7.3. Кіноджерела
1. Вступ
У фільмах та коміксах про супергероїв зображуються дії, які здаються досить сумнівними з фізичної та соціальної точки зору. Однак як читач, так і глядач не мають можливості перевірити зображені дії і, таким чином, можуть скласти неправильне уявлення про фізичні закони та соціальну поведінку.
Через це важливо проаналізувати, наскільки події, зображені в коміксах та фільмах, відповідають дійсності. Ця мета формує масштабніший проект, над яким ще не розроблено всебічно. Ця робота повинна допомогти заповнити відповідні глибші прогалини у знаннях.
Далі героя коміксу та фільму Людина-павук з однойменного фільму [1] досліджують на предмет його фізики при русі павуковими нитками. Він також аналізує, як реальне суспільство може поводитися з супергероями в реальності.
Оскільки майже кожна дія супергероя Людини-павука відбувається на основі його павукових ниток, необхідно перевірити стійкість його павукових ниток. Крім того, його різні маятникові гойдалки, які він робить за допомогою павукових ниток, повинні бути піддані фізичному аналізу. Мета полягає в тому, щоб пояснити, яку ефективність повинен забезпечити Людина-павук у порівнянні зі звичайними людьми, щоб опанувати його типи гойдалок. Щодо цього, його "нормальний" маятник коливання спочатку аналізується двома різними способами, при цьому враховується лише нормальний хит, а щодо подальшого аналізу той випадок, коли він починає коливатися лише з нижньої точки маятника. Оскільки Людина-павук у фільмі може врятувати себе від вільного падіння однією зі своїх ниток павука, існує також зацікавленість у розслідуванні цієї справи з точки зору її реального змісту.
З метою розвитку очікуваного поводження реального суспільства з супергероями аналізується ступінь інтеграції супергероїв у реальне суспільство. У зв'язку з цим особливо важливо пояснити, чи і як будуть формуватися етнічні групи супергероїв і що може бути проблемою для успішної інтеграції.
Що стосується фізичної частини, фільм «Людина-павук» переглядається, щоб отримати уявлення про аспекти, що підлягають аналізу. [2] Основа знань створюється у вигляді формул, які будуть використовуватися. Головною проблемою у фізичному аналізі щодо Людини-павука є відсутність „технічних даних”. Однак про ці фізичні параметри можна зробити висновок, виходячи зі сцен із Людиною-павуком, показаних у фільмі. Дані про порівнянні, справжні види павуків дають інформацію про властивості ниток павука Людина-павук. Інформацію про відстані та довжини, які необхідні під час фізичного огляду, також можна отримати з плівки шляхом критичного дослідження відповідних послідовностей плівки.
Для соціального розгляду в області інтеграції до супергероїв застосовується інтеграційний цикл, який уже минув у минулому щодо реальних груп населення і, таким чином, створює порівнянність. Є також публікації, в яких описуються причини формування етнічних груп та пов'язані з ними проблеми. Ці висновки також можна застосувати до супергероїв.
Для того, щоб отримати огляд фізичних властивостей Людини-павука, обґрунтовано обгрунтовано передбачувані розрахункові значення для його фізичних параметрів, особливо його шовкового павука. Потім фізичний розгляд починається із звичайного коливання маятника Людини-павука. Потім це знову аналізується за інших умов. З аналізом фізики вільного падіння Людини-павука фізичний розгляд, обумовлений рамковими умовами цієї роботи, закінчується.
Далі йде обговорення того, як суспільство поводиться з супергероями, в якому представлені можливі причини виникнення етнічних колоній супергероїв. Соціальний аспект завершується наданням ілюстрації того, як може виглядати можливий процес інтеграції супергероїв.
2. Фізика комічного і кіногероя Людина-павук
2.1 Людина-павук
Людина-павук - головний герой у фільмі "Людина-павук" [3]. Це вигадана особистість, яка після укусу генетично модифікованого павука тепер має в цьому повноваження. Отже, персонаж Людина-павук здатний, наприклад, стріляти павуком з її зап'ястя. [4]
Фільм "Людина-павук" показує, що павук, який його вкусив (рис. 1), є видом роду Araneus (садовий павук). [5] Окрім кольору, він виглядає надзвичайно схожим на Araneus diadematus (садовий павук) (рис. 2). Виходячи з цієї подібності, фізичні властивості шовкового павука садового павука проектуються на шовковий павук Людини-павука (рис. 3). Оскільки садовий павук використовує так званий "шовковий шовковий павук", серед іншого для спускання на спуск, Людина-павук досліджується, припускаючи, що він також використовує цей тип павукового шовку для здійснення своїх "героїчних вчинків".
Для подальших фізичних розрахунків для Людини-павука передбачається, що головний герой важить 70 кг. Це приблизно відповідає розміру головного актора, показаного у фільмі "Людина-павук", враховуючи його спортивне тіло. [7] Крім того, для всіх розрахунків передбачається, що його напрямний шовк має циліндричну форму і має діаметр 1 см. [8-й]
2.2 Стійкість павукових ниток Людини-павука
Для того, щоб перевірити стійкість шовкового павука Людини-павука в однойменному фільмі на предмет можливого змісту реальності, спочатку розглядається ситуація у фільмі, описана нижче. Там Людина-павук тримає гондолу трамвайної дороги "Острів Рузвельта" в Нью-Йорку, завантажену приблизно 15 школярами та двома дорослими з однією з його павукових ниток, а також його подруга Мері Джейн. [9] Припускаючи, що кожна дитина важить 30 кг, двоє дорослих по 80 кг, а Мері Джейн - 60 кг, крім ваги Людини-павука (70 кг), існує часткове навантаження 740 кг. [10] Після додавання ваги порожньої гондоли, яка вважається 2 т, загальне навантаження становить 2740 кг. Далі не розраховується, чи зможе Людина-павук або людина взагалі впоратися з такою вагою, а скоріше, чи зможе павукова нитка Людини-павука утримати цю вагу.
Для того, щоб розрахувати максимальну завантажувану масу шовкового направляючого павука Людини-павука, спочатку потрібна максимальна сила (Fmax), яку витримує нитка.
Рисунок не включений до цього витягу
Міцність на розрив (σ) шовкової нитки павука, іншими словами "міцність" нитки павука, є максимальним механічним натягом, який шовк може витримати, перш ніж він розірветься.
Площа поперечного перерізу (А) для направляючої Людини-павука товщиною 1 см становить площу 7,85 * 10-5 м2. [11] Міцність на розрив павукової нитки садового павука, що використовується для порівняння, становить 1,1 ГПа. [12] Добуток цих двох значень призводить до максимально допустимої сили, наведеної в керівництві Людини-павука 86350 Н. [13]
Максимальну масу, яка може звисати на нитці, можна розрахувати, використовуючи формулу сили ваги (формула 2). Для цього максимальна сила, яка може діяти на напрямну до її розриву, прирівнюється до сили ваги (формула 2).
Рисунок не включений до цього витягу
Відоме значення 9,81 м/с2 використовується для прискорення внаслідок сили тяжіння (g) у розглянутому випадку. Після розв’язання формули ваги відповідно до маси, коефіцієнт у формулі 3 дає максимальну масу, яку може нести керівництво Людини-павука.
Рисунок не включений до цього витягу
З максимальною силою 86350 Н, яка може діяти на напрямну, а також прискоренням із-за сили тяжіння 9,81 м/с2, випливає вага 8802,24 кг [14], яку може утримувати шовковий павук-шовк Людина-павук перед собою сльози.
Оскільки це набагато більше 2,7 т, що утримується на досліджуваній кіносцені, павукова нитка навіть зможе вмістити більше, ніж утричі більшу вагу. Що стосується стійкості нитки павука, то зображена сцена реалістична відповідно до обставин.
2.3 Розмах маятника
2.3.1 Звичайний маятник Людини-павука
Людина-павук рухається вулицями Нью-Йорка головним чином за допомогою маятникових гойдалок на своїх павукових нитках (рис. 4). Йому вдається це зробити, негайно перескочивши в новий маятник, який він створив, як тільки маятникові гойдалки будуть завершені. [15]
У момент часу, коли він змінюється від старого маятника до нового, він має швидкість 0 м/с. Новий маятник має направляючу павука, довжиною 30 м, встановлену для наступних розрахунків: Як тільки він відірветься від павукової нитки і з’єднається з маятником, він має потенційну енергію в маятнику, яка виникає через його віддаленість від землі. У маятнику на початку коливання це дорівнює кінетичній енергії, яку він досягає внизу маятника. Тому для обчислення швидкості ці два рівняння прирівнюються, як показано у формулі 4. Масу вирізують.
Рисунок не включений до цього витягу
Якщо рівняння переставлено відповідно до швидкості в квадраті, [16] квадратний корінь добутку дає швидкість (формула 5).
Рисунок не включений до цього витягу
Формула показує, що лише довжина маятника є змінною змінною, яка впливає на швидкість.
За допомогою рівняння швидкості тепер можна розглянути g-сили. Вони зумовлені відцентровим прискоренням (az), яке діє на Людину-павука в маятнику (Формула 6).
Рисунок не включений до цього витягу
Вставка формули 5 у формулу 6 призводить до:
Рисунок не включений до цього витягу
Виявляється, максимальні сили G, які можуть діяти в маятнику, ніколи не можуть перевищувати максимального прискорення 2 г, незалежно від довжини. [17]
Час, необхідний Людині-павуку для цілого розмаху маятника, відповідає половині періоду маятника, який обчислюється за формулою 8.
Рисунок не включений до цього витягу
Однак, оскільки формулу 8 можна застосовувати лише для невеликих прогинів маятника менше 10 °, а коливання Людини-павука - це відхилення 90 °, необхідне процентне відхилення тривалості періоду від цього відхилення. Це можна визначити за допомогою моделювання ниткового маятника з Університету Колорадо [18], оскільки період визначається в моделюванні разом із встановленим кутом. Довжина маятника та фіксована маса не мають значення щодо процентного відхилення тривалості періоду. Для отримання максимально точного відхилення у відсотках це обчислюється між 1 ° і 90 °, тобто 18%. [19] Період за формулою 8 відповідає значенню 10,99 с. [20] У випадку, який розглядає Людина-павук, період становить 12,97 с через додавання 18%. [21] Маятникові гойдалки від вихідної позиції до цільової позиції, отже, займає 6,49 с. Для Людини-павука це означає, що він повинен утримувати гирю на руках протягом цього періоду часу для кожного помаху, який знаходиться між вагою його тіла 70 кг на момент стрибка у високій точці а його подвійна маса тіла знаходиться внизу.
Наші власні результати вимірювань показують, що добре навчена людина може тримати подвійну власну вагу тіла до 26 секунд, висячи на руках (рис. 5). Оскільки подвійне прискорення під дією сили тяжіння накопичується під час коливання маятника протягом періоду від високої точки до нижньої точки і зменшується від нижньої точки до високої точки, можна припустити, що 1 г потрібно витримати для половини коливання і 2 г для другої половини. В результаті, для коливання маятника протягом 6,49 с необхідно витримати близько 1,5 г. Отже, півтора рази проміжок часу, протягом якого можна було витримати 2 г, відповідає часу, який можна витратити на розгойдування маятника. Це призводить до 39 с, а це означає, що було б можливим до шести поворотів по 6,49 с кожен. Після цих шести коливань маятника це стає критично важливим, і існує ризик падіння. Відповідно до цих значень, Людина-павук повинен бути сильнішим за м’язову масу, показану у фільмі, щоб мати можливість здійснювати безперервні махи маятника навіть більшої тривалості. [22] Відповідно, м’язова маса людини-павука, показана у фільмі, недостатня і нереальна.
2.3.2 Початок Людини-павука в маятнику
Під час першого помаху Людини-павука маятником він перебуває на даху будинку, звідки стріляє павуковою ниткою у стрілу крана, що знаходиться на протилежному боці вулиці. Коли Людина-павук стрибає через вулицю, він б'є білборд прямо під кран і цілим ковзає вниз.
Щоб перевірити, чи міг Людина-павук пережити таке зіткнення, потрібна швидкість, з якою він б’ється об стіну. Це випливає з формули 5. Однак, оскільки кран вищий за вихідне положення Людини-павука, різницю висот потрібно відняти від довжини маятника для точного розрахунку його швидкості. Цю різницю можна визначити, використовуючи тангенс від кута Людини-павука до стріли крана та відстані між місцем розташування Людини-павука та краном (рис. 6). Для всіх наступних розрахунків передбачається відстань крана до даху будинку 50 м та кут 20 ° до стріли. [23] Для розрахунку тангенса 20 ° формується коефіцієнт додаткової висоти крана (hK) як протилежної сторони та відстані крана (sK) як сусідньої сторони. Переформатувавши відповідно до додаткової висоти крана, виходить, що кран на 18,2 м вище, ніж положення Людини-павука. [24] За допомогою цієї різниці висот та теореми Піфагора необхідну довжину маятника (lP) для гойдалки можна визначити як 53,21 м. [25]
Для того, щоб згодом розрахувати швидкість, з якою Людина-павук потрапляє на білборд у найнижчій точці маятника, крім довжини маятника, до формули швидкості потрібно додати ще одну змінну, яка залежить від довжини висоти, що не розмахується ( hK) відрахування (Формула 9).
Рисунок не включений до цього витягу
[1] Людина-павук. Р.: Раймі С.; Сценарій: Koepp D.; США: Columbia Pictures Corporation, Marvel Enterprises, Laura Ziskin Productions 2002.
[4] див. Людина-павук. Р.: Реймі С., сценарій: Koepp D., США: Columbia Pictures Corporation, Marvel Enterprises, Laura Ziskin Productions 2002, хвилина: 27:09 - 27:18.
[5] див. R.: Raimi S., сценарій: Koepp D., a. a. О. Хвилинка: 10:23 - 10:27.
[6] див. Gosline, J. M. et al.: Механічна конструкція шовкових павуків: від послідовності фіброїну до механічної функції, в: Journal of Experimental Biology, № 202, с. 3295.
[7] див. Людина-павук. Р.: Реймі С., сценарій: Коепп Д., США: Columbia Pictures Corporation, Marvel Enterprises, Laura Ziskin Productions 2002, хвилина: 18:25 - 18:50, хвилина: 25:07.
[8] див. R.: Raimi S., сценарій: Koepp D., a. a. О. Хвилинка: 17:25 - 27:29.
[9] див. R.: Raimi S., сценарій: Koepp D., a. a. О. Хвилини: 102: 45 - 102: 50.
[12] Кубік С.: Високоефективні волокна з павукового шовку, в: Angewandte Chemie. Міжнародне видання, No 41, с. 2721.
[15] див. Людина-павук. Р .: Реймі С., сценарій: Коепп Д., США: Columbia Pictures Corporation, Marvel Enterprises, Laura Ziskin Productions 2002, хвилина: 45:56 - 46:06.
[18] див. Dubson, M./Loeblein, T. (2011): Pendulum Lab. phet.colorado.edu/sims/pendulum-lab/pendulum-lab_de.html (статус: 10.03.2016).
[22] див. Людина-павук. Р.: Реймі С., сценарій: Коепп Д., США: Columbia Pictures Corporation, Marvel Enterprises, Laura Ziskin Productions 2002, хвилина: 18:35.
[23] див. Р.: Реймі С., сценарій: Коепп Д., op. a. О. Хвилина: 26:44 - 26:46.