Hvordan er Misakas jernkanon så ødeleggende?

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

I episode 1 av Railgun slutter Misakas railgun en god del av det som ser ut til å være et basseng i olympisk størrelse. Senere i samme episode avsløres det at skinnegeværet hennes beveger seg med en hastighet på 1030 m / s.

Tallene legger seg imidlertid ikke sammen.

Anta at Misaka bruker 10 gram mynter. På 1030 m / s, den mynten har så mye 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

Et svømmebasseng i olympisk størrelse har 2500 000 kg vann. Basert på bildet ovenfor, beveger den kjeglen seg vel 100 meter opp i luften.

Så la oss si til fordel for tvilen, at bare 10% av vannet løftes 100 meter opp 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

Mynten trenger 2.45 * 10^8 Joule energi for å løfte svømmebassenget som vist ovenfor. Men mynten hennes kan bare gi 5304.5 Joules. Det er en forskjell på omtrent 4 størrelsesordener.

Ok ... Før noen avviser dette som bare nok et tilfelle av anime-fysikk, la oss se på hva annet som kan produsere så mye energi:

Spinnet på mynten fanges ikke opp i nettohastigheten på 1030 m / s. Men gitt treghetsmomentet til en liten mynt, ville det trenge en enorm (relativistisk?) Mengde spinn for å bære 10^8 Joules.
Ladningen av mynten er uspesifisert i Anime. Kanskje Misaka på en eller annen måte polariserer ladningen i mynten og på en eller annen måte får den til å løsne ved kontakt med målet.
Masse-energien (E = mc^2) av mynten er 9 * 10^14 Joules. Er det dette hun gjorde?

Så spørsmålet er: Er det noen offisiell forklaring på hvor mynten får så mye energi? Eller må vi avvise dette som et annet tilfelle av anime-fysikk?

Og hvis noen er interessert i chattediskusjonen om fysikken her: chat.stackexchange.com/transcript/message/7951592#7951592
FWIW, Funimation skrev et blogginnlegg, A Certain Scientific Explanation of Railguns, i fjor. Dessverre ser det ut til at den koblede PDF-filen som kjørte tallene og lampeskjermet hvor galt den har gått tapt. IIRC, svarene her dekker allerede alt det sa uansett.
@Mystical av Official mener du en ren fysikkforklaring eller en kanonisk forklaring?
@Mindwin Med "Official" mener jeg hvis studioet eller noen av forfatterne har sagt noe.

I følge anime og manga har Mikoto en "snutehastighet" på 1030 m / s:

I kontrast har US Navy's railgun en snutehastighet på 2520 m / s (~ 5600 mph eller ~ 7.5x lydhastigheten), med en snuteenergi på 10,64 megajoules (10,64 million joule). Noe som sannsynligvis kan sammenlignes med energimengden i en bil i gjennomsnittlig størrelse som beveger seg 250 km / t.

Sammenlignende har en AK-47 rifle en snutehastighet på 715m / s (~ 1600 mph eller ~ 2x lydhastigheten), med en snuteenergi på ~ 2010 joule (forutsatt at 7,62x39mm patroner brukes, men kan variere avhengig av typen ammunisjon).

Selv om det ikke er veldig imponerende statlig når det gjelder jernbanevåpen, siden faktiske kanoner er i stand til å oppnå hastigheter på muligens mer enn ~ 5000 m / s. Vær oppmerksom på at Mikoto er en ungdomsskole som kan skyte åtte skudd av disse i minuttet, som er på nivå med "typiske" jernkanoner.

Forutsatt at mynten er sammenlignbar med størrelsen og vekten til et amerikansk kvartal, kan man anta at mynten hun bruker har en vekt på omtrent fem gram. Ved å bruke denne formelen kan vi få neseenergien:

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

Så Mikoto gir litt mer skade enn en halvautomatisk angrepsgevær.

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

Ikke helt. Men hva kan forårsake en slik forskjell i produksjonen?

I henhold til Side 1, kapittel 4 i Railgun manga, manipulerer hun elektromagnetisme for å oppnå sine resultater. Dette virker plausibelt, siden hvis magnetfeltet var tilstrekkelig fokusert, kunne hun teoretisk bare akselerere mynten og / eller objektene i nærheten.

Nå kan vi ta en titt på bassengtesten igjen, fra bassengrengjøringsepisoden (S1, ep. 2) har vi et omtrentlig estimat av dimensjonene til bassenget:

Lar oss måle ting når det gjelder Kurokos høyde (~ 152cm)!

Ettersom bassenget ikke taper eller ender, kan vi anta at bassenget er ca 14 Kurokos langt eller ~ 21,28 m (ja det virker ganske lite), og ca 11 Kurokos bredt, eller ~ 16,72 m, ved linjene på bassenget gulvet og litt mindre enn ~ 0,9 Kuroko, eller la oss si 1,36 meter dyp.

Når det gjelder det fordrevne vannet, vi kunne forsøk å integrere volumet av vannet, antar at det er halvt og halvt luft, finner det er vekt osv. Men vi vil være late her og antar at 1/1000 av vannmengden i bassenget ble spredt ut i luften når Mikoto skyter jernbanevåpen hennes. Bassenget ville ha et volum:

Volum = (1,36 m) * (21,28 m) * (16,72 m) = ~ 486,73 m³ av vann

Siden "massesenteret" vannet ser ut til å være sammenlignbart, er det nær toppen av bygningen av gymsalen, og det vil være et øyeoverslag for døren sammenlignet med bygningen, antar at den er 10 meter høy. For å beregne energien som trengs for å oppnå noe slikt, gjør vi:

(Energi som trengs for å løfte et objekt) = (gjenstandens masse) * (akselerasjon på grunn av tyngdekraften) * (løftehøyde).

La oss i dette scenariet kutte en haug med hjørner og anta at all skuddets energi går til å løfte vannet (hvorved ignorere energien som brukes til å varme opp vannet, skaper lydene høy eksplosjon, enhver dramatisk vindeffekt), så vi ha

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

Hvis vi plugger den bakover i kinetisk energiligning:

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

Så snutehastigheten til skinnegeværet hennes ville være ~ 4368,04 m / s.

Man kan bare anta at siden vi må respektere kanonverdien på 1030 m / s, at skaden forårsaket av Mikoto-evnen skyldes hennes manipulering av elektromagnetisk forårsaket når mynten beveger seg gjennom luften eller en annen faktor ... Men så igjen, hva vet vi om fysikken i denne verdenen der vitenskap og magi eksisterer?

@Krazer ved utseendet, virker som et semi-olympisk basseng, 25m x 12,5m x 1,36m

+100

Elektrisitet kan flytte vannet:

Wiki sier at Misaka kan generere 1 milliard volt.
(selv om noen kilder angir 5 milliarder volt, kan det være BESKJEMMET )

Hvis hun lader mynten, vil rask overføring av ladning fra mynten til vannet føre til avstøting mellom mynten og det omkringliggende vannet, og drive vannet bort fra bassenget. Sjokkbølgene reflekterte på kantene og bunnen av bassenget og presset overflatevannet opp.

Du kan se i anime at alle eksplosjonene har noe sidelengs bevegelse, men den ANDRE eksplosjonen som vises, har en veldig særegen karakter. sideveis bevegelse, noe som antyder at støtet skyver vannet også litt til sidene, ettersom det elektrisk ladede vannet beveger seg bort fra mynten mens mynten krysser bassenget.

Spørsmålet om at avgiften forsvinner er ikke noe problem. Hun kan AIM-lyn, så vi kan anta at hennes elektromagnetiske krefter også kan endre luftens spenning rundt mynten (ved å øke trykket rundt mynten eller lage vakuum.

Vi må se på kapasiteten til mynten

Radiusen på et kvartal er 13mm

Med et potensiale på 1 milliard volt er ladningen av mynten

Nå kan vi beregne den elektriske kraften mellom den ladede mynten og det ladede vannet, og for korthetens skyld kan vi anta:

halvparten av ladningen har overført til vannet.
veggene og bunnen av svømmebassenget er helt isolasjonsmiddel og uforgjengelig.
mynten har truffet bunnen når halvparten av ladningen er overført.
Vannet er 1 mm unna mynten

I denne situasjonen beregnes styrken mellom mynt og vann med coulombs lov:

Vi kommer til Megajoule Here.

Gitt massen på 10% bassengets vann, gir den kraften vannet en øyeblikkelig akselerasjon på:

Nå, for å løfte vannet 100 meter, må vi trykke vannet med en hastighet på 44,3 m / s

Så interaksjonstiden mellom mynt og vann før den gjenværende energien forsvinner og gjør:

Krazer sa:
energi brukt på å varme opp vannet, skape lydene høy eksplosjon, noen dramatisk vindeffekt

Og det er

som står for

Selv om du skulle ta hensyn til ladningsspredningen, den avtagende frastøtningskraften mellom vannet og andre små antagelser her, er det rikelig med energi til alt.

Det er rikelig med energi overalt som skal brukes slik du vil.

Men jeg tror dette tydelig forklarer hvor energien til å løfte vannet kommer fra.

Også, hvis du tar hendelsene i senere episoder, når hun bruker andre gjenstander enn en mynt

En gigantisk robotklo og senere en hel gigantisk robot

du kan se at mengden lagret energi er større, og det er også den destruktive kraften. Fornuftig, fordi kapasiteten til disse artiklene er større enn en mynt.

Tusen takk til Wolfram Alpha for beregningene og bildene.

Flere teorier:

Elektrisitet kan fortsette å akselerere mynten selv etter at den forlot "snuten".

Hvis hun lader mynten, kan hun generere en ny lading av det samme tegnet på seg selv etter at mynten forlater "snuten". Så selv om mynten går med en hastighet på 1030m / s, kunne hun akselerere den selv etter at den ble avfyrt. Men det er ikke engang nødvendig, fordi ...

Myntsnurr og en av de mest destruktive kreftene: Harmonics.

Som vi kan se fra denne wikipedia-grafen, øker energioverføringen dramatisk når maksimal resonans (1: 1) er nådd. Wind Harmonics er nok til å ødelegge en bro ved å flytte den som en fiolinstreng. Hvis hun kan spinne mynten slik at frekvensen samsvarer perfekt med bassengets harmoniske frekvens, kan massiv energi overføres.

Jeg la bare merke til at vannet ville ta 9 sekunder å gå opp 100 meter på 44,3 m / s. Siden eksplosjonen bare tar noen rammer, kan vi anta at kontakttiden er litt lengre enn 5 ms, og vannet oppover tynner / fordamper bare etter å ha truffet 100 meter
Vel, bassenget er bare ett eksempel, vi ser ofte henne stoppe og sprenge biler opp i luften, produsere nok varme til å smelte to påfølgende metallstenger, og legge igjen en dyp ripe på jorden den reiste over, selv uten direkte kontakt. Det virker som om det er en annen energi bortsett fra myntens rene hastighet.
For ikke å nevne at i Railgun-serien viste hun at hun kan drive andre gjenstander enn en mynt (nemlig en gigantisk robotarm og en hel satellitt) til lignende hastigheter.

Selv om det var subjektivt, var det mitt sterke inntrykk fra starten av at prosjektilkomponenten er indirekte (og muligens grenselinrelevant) for hennes evne.

Hun kan produsere mye av energi
Energien går dit prosjektilet går
Imidlertid er det ikke fastslått at prosjektilet bærer energien

Prosjektilet kan bare være et fyrtårn eller en fokusert komponent, muligens rent psykologisk (med teknikk som motsatt av å tilfeldig skyte ut utbrudd av ukontrollert elektrisitet).

Jeg husker at hun skjøt stort prosjektil i senere episoder, men spekulasjonen ovenfor kan fremdeles gjelde.

+1, dette er en flott forklaring IMO. Det kan ha vært en scene der folk finner en mynt av henne, men jeg husker at mange avfyringer av railgun hennes hadde mynten blitt en bjelke, jeg antar å smelte den i prosessen (hvis noe i det hele tatt er igjen).
1 En måte å verifisere dette på er å se om hun noen gang bruker noe ikke-metall som prosjektilet. Hvis Railgun hennes faktisk er en Railgun i vitenskapelig forstand, må den handle på noe som kan akselereres med elektromagnetisme, så et metall av noe slag. Hvis hun kan bruke ikke-metalliske gjenstander, så er det ikke en jernbane, og denne forklaringen vil være veldig overbevisende.

Jeg hevder at det er et tilfelle av Anime Physics ved å tilbakevise de alternative mulighetene du foreslo.

Du har rett - å bære en slik mengde energi som treghetsmoment er umulig. Selv Misakas superkrefter er en verden borte fra relativistiske hastigheter.
Energien kan ikke lagres som ladning i mynten, da den fortsetter å forsvinne som "lyn".
Energien kunne ikke ha kommet fra masseenergi. Foruten den resulterende dødelige strålingen, vil frigjøre masseenergi uten å bruke antimateriale bety frigjøring av kjernekraft. Atomenergi kan bare frigjøres under ekstremt trykk (kjernefysiske reaksjoner i bomber initieres ved å komprimere uran med eksplosjonen av en mindre bombe). Hvis noen kunne finne et eksempel på at Misaka fant mynten sin etter at hun skjøt den, vil det klart motbevise argumentet om masseenergi.

Til slutt viste Mythbusters i denne videoen at en mynt som beveger seg med 3 ganger lydens hastighet (rundt kulehastigheten) bare bulker betong.

Det er også verdt å merke seg at (så vidt jeg husker) de 'psykiske' kreftene av den typen Misaka har er løst basert på den stadig populære, fantastiske dobbelttolkningen av Schr dinger's-cat-tankeeksperimentet: at oppfatningen påvirker virkeligheten, og dermed endre oppfatningen på riktig måte, bør endre virkeligheten. (Eller noe sånt. Det var rundt teknobabbling, men det så ut til å være kjernen i det.)

Dermed vil en alternativ, men mindre interessant forklaring på de uforholdsmessige effektene av railgunen hennes være noe i retning av: Misakas egen oppfatning av hvor kraftig railgunen skal være, er feil, resulterer i overdrevne effekter.

Dere glemmer alle det grunnleggende faktum at 1030 m / s-målingen ble tatt mens de skjøt i vann. Effekten av drag på mynten som er avfyrt i vann er langt større i størrelse enn effekten av luftmotstand. Luft er nesten tusen ganger mindre tett enn vann. Hvis vi utfører ligningen for drag, kommer vi opp med en styrke på mynten på 18 466 Newton. [18466 = .5 * 1000kg / m ^ 3 * (1030m / s) ^ 2 * .82 * 0.000042455m ^ 2]

.82 er dragkoeffisienten for en lang sylinder som en arkademynte, 1000 kg / m ^ 3 er tettheten av vann, og .000042455m ^ 2 er tverrsnittsarealet til myntfyrte.

hvis vi utfører ligningen i revers for å finne ut myntens hastighet i luft, sitter vi igjen med en hastighet på 29.428m / s.

Høres mye mer ut som en skikkelig skinnepistol, ikke sant?

'A Certain Magical Index' har 50 rare lette romaner, 13 volum manga, 2 årstider med anime, en film og et par videospill.

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

I ingen av disse kildene (som jeg uansett kan huske) antydes Misakas railgun-triks å være noe annet enn et arkade-token (ikke en mynt, det er derfor det til og med er jernholdig til å begynne med) som reiser tre ganger lydens hastighet.

Og det er en annen merkelig egenskap ved jernkanonangrepet - Touma, gutten med den anti-magiske knyttneven, kan fange den. (Som vist i kapittel 7, bind 1 av Railgun manga.)

Siden Touma kan fjerne den, betyr det at det fortsatt er noe overnaturlig ved mynten, selv mens den smelter. Den overnaturlige egenskapen vil være grunnen til at den har en skyvekraft langt over det den burde ha på momentum alene.

Jeg har ingen bevis for mitt neste poeng, men jeg tror at Misakas magnetfelt bare fortsetter å skyve mynten godt etter at den forlater hånden hennes. Det ville forklare begge rariteter pent.

La oss ikke glemme i episoden at hun gjorde robotarmen, hun gjorde det fordi personen satt utenfor myntenes rekkevidde. På enden av bjelken var det rett og slett ingen mynt igjen. Hun forklarte da hun blokkerte, fanget og skjøt armen at det er en grunn til at hun vanligvis bruker mynter.

Jeg mistenker at flere faktorer sammen bidrar til hennes destruktive potensial, inkludert hennes utpekte badass-status, fortsatt akselerasjon, treghet, spinn, hypersonisk sjokkbølge og mulig konvertering av materie til plasma.

Husk at hun sannsynligvis også avledet energi for å bekjempe rekyl og andre destruktive aspekter ved å skyte jernvåpenet. Denne skjermingen er tilstrekkelig til å stoppe dirigerte flere kjernefysiske sprengninger som er i stand til raskt å smelte gjennom betong og stål til tross for at Misaka var utmattet på den tiden. Jeg er sikker på at dette kan være tilstrekkelig energi til å forårsake sekundær akselerasjon.

Det er et tilfelle av anime-fysikk som andre plakater har antydet, men ikke din gjennomsnittlige anime-fysikk. Det sies i visse deler av manga og søsterserieindeksen at måten esper-krefter fungerer på er å manipulere et virkelighetsvridende felt for å passe til deres krefter. derfor fungerer misakas jernkanon fordi den har tilstrekkelig virkelighet og energi og matematikk bak seg