Com és tan destructiva la pistola de ferro de Misaka?

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

En l'episodi 1 de Railgun, el railgun de Misaka acaba una bona part del que sembla ser una piscina de mida olímpica. Més endavant, en el mateix episodi, es revela que la seva pistola de ferrocarril viatja a una velocitat de 1030 m / s.

Tot i això, les xifres no se sumen.

Suposem que Misaka utilitza monedes de 10 grams. A 1030 m / s, aquesta moneda té tanta energia:

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

Una piscina olímpica té 2.500.000 kg d’aigua. Basat en la imatge de dalt, aquest con probablement viatja uns 100 metres a l’aire.

Diguem, doncs, en benefici del dubte, que només el 10% de l’aigua s’eleva a 100 metres a l’aire.

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

La moneda necessita 2.45 * 10^8 Joules d'energia per elevar la piscina com es mostra a la part superior. Però la seva moneda només pot proporcionar-la 5304.5 Joules. Hi ha una diferència d’uns 4 ordres de magnitud.

D'acord ... Abans que algú ho descarregui com un cas més de la física de l'anime, vegem què més podria produir tanta energia:

El gir de la moneda no es capta a la velocitat neta de 1030 m / s. Però, atès el moment d’inèrcia d’una petita moneda, necessitaria una quantitat enorme (relativista?) De gir 10^8 Joules.
El càrrec de la moneda no s’especifica a l’anime. Potser Misaka polaritza d'alguna manera la càrrega de la moneda i d'alguna manera la fa alliberar en contacte amb l'objectiu.
L’energia massiva (E = mc^2) de la moneda és 9 * 10^14 Joules. És això el que va fer ella?

Per tant, la pregunta és: hi ha alguna explicació oficial sobre on la moneda obté tanta energia? O ens queda descartar-ho com un altre cas de la física de l'Anime?

I si algú està interessat en la discussió de xat sobre la física aquí: chat.stackexchange.com/transcript/message/7951592#7951592
FWIW, Funimation va escriure una publicació al bloc, A Certain Scientific Explanation of Railguns, l’any passat. Malauradament, sembla que s’ha perdut el PDF enllaçat que contenia els números i que va omplir la llum equivocada. IIRC, les respostes aquí ja cobreixen tot el que deia de totes maneres.
@Mystical per oficial vol dir una explicació purament física o una explicació canònica?
@Mindwin Per "oficial" vull dir si l'estudi o algun dels autors ha dit alguna cosa.

Segons l'anime i el manga, Mikoto té una "velocitat de boca" de 1030 m / s:

En canvi, l’arma de ferrocarril de la Marina dels Estats Units té una velocitat de 2520 m / s (~ 5600 mph o ~ 7,5 vegades la velocitat del so), amb una energia de 10,64 megajoules (10,64 milions de joules). La qual cosa és probablement comparable a la quantitat d’energia d’un cotxe de mida mitjana que es mou a 250 mph.

Comparativament, el rifle AK-47 té una velocitat de 715 m / s (~ 1600 mph o ~ 2x la velocitat del so), amb una energia de musell de ~ 2010 joules (suposant que s'utilitzen cartutxos de 7,62x39 mm, però poden variar segons el tipus de munició).

Tot i que no són gaire impressionants pel que fa a les estadístiques, ja que les pistoles reals són capaces d’aconseguir velocitats de més de ~ 5000 m / s. Tingueu en compte que Mikoto és un estudiant de secundària que pot disparar vuit trets d'aquests per minut, la qual cosa és igual a les "típiques" armes de ferrocarril.

Suposant que la moneda sigui comparable a la mida i al pes d’un quart dels Estats Units, es pot suposar que la moneda que utilitza té un pes d’uns cinc grams. Mitjançant aquesta fórmula podem obtenir l’energia del musell:

Energia = 0,5 * (massa) (velocitat)² = 0,5 * (0,005 kg) (1030 m / s)² = ~ 2652,25 joules

Així doncs, Mikoto produeix una mica més de dany que un rifle d’assalt semiautomàtic.

Però això no és el que estem veient ara, oi?

No exactament. Però, què podria causar aquesta diferència de producció?

Segons la pàgina 1, capítol 4 del manga Railgun, ella manipula l’electromagnetisme per aconseguir els seus resultats. Això sembla plausible ja que si el camp magnètic estigués prou enfocat, teòricament podria accelerar només la moneda i / o objectes propers.

Ara tornem a fer un cop d'ull a la prova de la piscina, a partir de l'episodi de neteja de la piscina (S1, ep. 2) tenim una estimació aproximada de les dimensions de la piscina:

Mesurem les coses en funció de l’alçada de Kuroko (~ 152cm).

Com que la piscina no es redueix ni s’acaba, suposem que la piscina fa uns 14 Kurokos de llarg o uns 21,28 m (sí, sembla una mica petita) i uns 11 Kurokos d’amplada, o ~ 16,72 m, per les línies de el terra de la piscina i una mica menys de ~ 0,9 Kuroko, o diguem 1,36 m de profunditat.

Pel que fa a l’aigua desplaçada, nosaltres podria intenteu integrar el volum de la ploma d’aigua, suposant que és meitat i meitat d’aire, trobeu el seu pes, etc. Però serem mandrosos aquí i suposarem que 1/1000 del volum d’aigua de la piscina es va dispersar a l’aire quan Mikoto dispara la seva pistola de ferrocarril. La piscina tindria un volum:

Volum = (1,36 m) * (21,28 m) * (16,72 m) = ~ 486,73 m³ d'aigua

Atès que el "centre de massa" la ploma d'aigua sembla comparable a prop de la part superior de l'edifici tipus gimnàs, es fa una estimació visual de la porta en comparació amb l'edifici, suposem que fa 10 m d'alçada. Per calcular l’energia necessària per aconseguir una cosa així fem:

(Energia que es necessita per aixecar un objecte) = (massa de l'objecte) * (acceleració per gravetat) * (altitud d'elevació).

En aquest escenari, deixeu-nos tallar un munt de cantonades i suposem que tota l'energia del tret va a aixecar l'aigua (per la qual cosa ignorem l'energia gastada escalfant l'aigua, creant els sons d'una forta explosió, qualsevol efecte de vent dramàtic), tenir

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

Si el connectem cap enrere a l’equació de l’energia cinètica:

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

Per tant, la velocitat del foc de la seva pistola de ferrocarril seria de ~ 4368,04 m / s.

Només es pot suposar que, ja que hem de respectar el valor del canó de 1030 m / s, que potser el dany causat per la capacitat de Mikoto es deu a la seva manipulació de l’electromagnètic a mesura que la moneda es mou per l’aire o per algun altre factor ... Però de nou, què sabem de la física d’aquest món on conviuen Ciència i Màgia?

@Krazer pel seu aspecte, sembla una piscina semiolímpica de 25m x 12,5m x 1,36m

+100

L'electricitat pot moure l'aigua:

La wiki diu que Misaka pot generar 1.000 milions de volts.
(tot i que algunes fonts indiquen 5.000 milions de volts, sigui MODEST )

Si carrega la moneda, la ràpida transferència de càrrega de la moneda a l'aigua provocaria repulsió entre la moneda i l'aigua circumdant, propulsant l'aigua fora de la piscina. Les ones de xoc es reflectirien a les vores i al fons de la piscina, empenyent l’aigua superficial cap amunt.

Podeu veure a l'anime que totes les explosions tenen algun moviment lateral, però la SEGONA explosió que es mostra té un caràcter molt distintiu. moviment lateral, donant a entendre que l'impacte empeny l'aigua una mica cap als costats, ja que l'aigua carregada elèctricament s'allunya de la moneda mentre la moneda travessa la piscina.

La qüestió de la dissipació de la càrrega no és un problema. Ella pot AIM un llamp, de manera que podem suposar que els seus poders electromagnètics també poden alterar la tensió de ruptura de l’aire al voltant de la moneda (ja sigui augmentant la pressió al voltant de la moneda o fent buit.

Hem de mirar la capacitat de la moneda

El radi d’un quart és de 13 mm

Amb un potencial de 1.000 milions de volts, la càrrega de la moneda és de

Ara, podem calcular la força elèctrica entre la moneda carregada i l’aigua carregada i, per raó de brevetat, suposem:

la meitat de la càrrega s'ha transferit a l'aigua.
les parets i el fons de la piscina són totalment aïllant i indestructible.
la moneda ha tocat la part inferior un cop es transfereix la meitat de la càrrega.
L’aigua es troba a 1 mm de la moneda

En aquesta situació, la força entre moneda i aigua es calcula amb la llei de Coulomb:

Arribem al Megajoule aquí.

Donada la massa del 10% de l'aigua de la piscina, aquesta força dóna a l'aigua una acceleració momentània de:

Ara, per aixecar l’aigua 100 metres, hem d’imprimir a l’aigua una velocitat de 44,3 m / s

Així, el temps d’interacció entre la moneda i l’aigua abans que l’energia restant es dissipi fent:

Krazer va dir:
l'energia gastada escalfant l'aigua, creant els sons d'una forta explosió, qualsevol efecte de vent dramàtic

I això és així

això explica

Fins i tot si haguéssiu de tenir en compte la dissipació de la càrrega, la disminució de la força de repulsió entre l’aigua i altres suposicions petites, hi ha molta energia per a tot.

Hi ha molta energia a tot arreu per utilitzar-la com vulgueu.

Però crec que això explica clarament d’on prové l’energia per aixecar l’aigua.

A més, si es prenen els esdeveniments dels episodis posteriors, quan ella utilitza altres articles que no sigui una moneda

Una urpa de robot gegant i més endavant tot un robot gegant

podeu veure que la quantitat d’energia emmagatzemada és més gran, i també la potència destructiva. Té sentit, perquè la capacitat d’aquests articles és més gran que la d’una moneda.

Moltes gràcies a Wolfram Alpha pels càlculs i les imatges.

Més teories:

L'electricitat pot continuar accelerant la moneda fins i tot després que deixés el "morrió".

Si carrega la moneda, pot generar-se una altra càrrega del mateix signe després que la moneda surti del "morrió". Així, fins i tot si la moneda surt a una velocitat de 1030 m / s, podria accelerar-la fins i tot després de disparar-la. Però ni tan sols és necessari, perquè ...

El gir de la moneda i una de les forces més destructives: els harmònics.

Com podem veure en aquest gràfic de la wikipedia, un cop assolida la ressonància màxima (1: 1), la transferència d’energia augmenta dràsticament. Els harmònics del vent són suficients per destruir un pont movent-lo com una corda de violí. Si pot fer girar la moneda perquè la seva freqüència coincideixi perfectament amb la freqüència harmònica de la piscina, es podria transferir energia massiva.

Acabo de notar que l’aigua trigaria 9 segons a pujar 100 metres a 44,3 m / s. Com que l’esclat només pren uns quants fotogrames, podem suposar que el temps de contacte és una mica MÉS LLARG DE 5 ms i l’aigua cap amunt s’aprima / s’evapora després de colpejar 100 m
Bé, la piscina és només un exemple, sovint la veiem aturar-se i fer saltar els cotxes a l’aire, produir prou calor per fondre dues barres metàl·liques consecutives i deixar una profunda ratllada a la terra per la qual travessava, fins i tot sense contacte directe. Semblaria com si hi hagués una altra energia a part de la gran velocitat de la moneda.
Per no mencionar que a la sèrie Railgun, va demostrar que pot impulsar objectes diferents d’una moneda (és a dir, un braç gegant de robot i un satèl·lit sencer) a velocitats similars.

Tot i que subjectiva, des de l’inici vaig tenir la forta impressió que el component del projectil és indirecte (i possiblement límit irrellevant) per a la seva capacitat.

Ella pot produir molt d'energia
L’energia va allà on va el projectil
No obstant això, no està establert que el projectil porta l’energia

El projectil podria ser només un component de tipus far o focus, possiblement purament psicològic (amb la tècnica oposada a disparar aleatòriament ràfegues d’electricitat incontrolada).

Recordo que va disparar un gran projectil en episodis posteriors, però, l’especulació anterior encara podria aplicar-se.

+1, aquesta és una gran explicació IMO. Podria haver-hi hagut una escena en què la gent trobés una moneda seva, però recordo que molts trets de la seva pistola de ferrocarril havien convertit la moneda en una biga, suposo que es fon en el procés (si en queda alguna cosa).
1 Una manera de verificar-ho seria veure si alguna vegada utilitza alguna cosa no metàl·lica com a projectil. Si el seu Railgun és realment un Railgun en el sentit científic, hauria d’actuar sobre alguna cosa que es pugui accelerar amb electromagnetisme, per tant, un metall d’alguna mena. Si ella pot utilitzar articles no metàl·lics, en realitat no és una pistola de ferrocarril i aquesta explicació seria molt convincent.

Defenso que es tracta d’un cas d’Anime Physics refutant les possibilitats alternatives que heu suggerit.

Tens raó: portar una quantitat d’energia com el moment d’inèrcia és impossible. Fins i tot les superpotències de Misaka estan allunyades de les velocitats relativistes.
L'energia no es pot emmagatzemar com a càrrega a la moneda, ja que es continuaria dissipant com a "llamp".
L’energia no podria provenir de l’energia massiva. A més de la radiació letal resultant, alliberar energia massiva sense utilitzar antimatèria significaria alliberar energia nuclear. L’energia nuclear només es pot alliberar a pressió extrema (les reaccions nuclears de les bombes s’inicien comprimint l’urani amb la explosió d’una bomba més petita). Si algú trobés un exemple de Misaka que trobés la seva moneda després de disparar-la, refutarà clarament l’argument de l’energia massiva.

Finalment, els Mythbusters van demostrar en aquest vídeo que una moneda que viatja a tres vegades la velocitat del so (al voltant de la velocitat d’una bala) només fa una dentadura concreta.

També val la pena assenyalar que (en la mesura que recordo) els poders "psíquics" del tipus que té Misaka es basen vagament en la sempre popular, fantàstica i doble interpretació errònia de l'experiment de pensament del gat de Schringer: aquesta percepció influeix la realitat i, per tant, alterar la percepció de la manera correcta hauria d’alterar la realitat. (O alguna cosa semblant. Hi havia un techno-babble al voltant, però semblava ser l'essència).

Per tant, una explicació alternativa, tot i que menys interessant, dels efectes desproporcionats de la seva pistola de ferrocarril seria alguna cosa en la línia de: La pròpia percepció de Misaka de la potència de la pistola de ferrocarril és incorrecta, resultant en efectes exagerats.

Tots vosaltres oblideu el fet bàsic que la mesura de 1030 m / s es va fer mentre es disparava a l’aigua. Els efectes de l’arrossegament sobre la moneda que es dispara a l’aigua tenen una magnitud molt més gran que els efectes de l’arrossegament quan es dispara per l’aire. L’aire és gairebé mil vegades menys dens que l’aigua. Si realitzem l’equació d’arrossegament, apareixerà una magnitud de força a la moneda de 18.466 Newtons. [18466 = .5 * 1000kg / m ^ 3 * (1030m / s) ^ 2 * .82 * 0.000042455m ^ 2]

.82 és el coeficient d’arrossegament d’un cilindre llarg com una moneda arcade, 1000kg / m ^ 3 és la densitat de l’aigua i .000042455m ^ 2 és l’àrea de la secció transversal de la moneda disparada.

si realitzem l’equació a la inversa per esbrinar la velocitat de la moneda a l’aire, ens queda una velocitat de 29.428m / s.

Sona molt més que una pistola de ferrocarril adequada, oi?

"Un cert índex màgic" té 50 novel·les lleugeres, 13 volums de manga, 2 temporades d'anime, una pel·lícula i un parell de videojocs.

"A Certain Scientific Railgun" té 2 novel·les lleugeres, 11 volums de manga, 2 temporades d'anime, un OVA i un videojoc propi.

En cap d’aquestes fonts (que recordo, de totes maneres) el truc de la pistola de tren de Misaka no implica que sigui una altra cosa que un testimoni arcade (no una moneda, per això fins i tot és ferrós per començar) que viatja tres vegades la velocitat del so.

I hi ha una altra estranya propietat de l’atac de les armes de ferro: Touma, el noi amb el puny antimàgic, pot atrapar-lo. (Com es veu al capítol 7, volum 1 del manga Railgun.)

Atès que Touma pot dissipar-la, això vol dir que encara hi ha alguna cosa sobrenatural en la moneda, fins i tot mentre es fon. Aquesta propietat sobrenatural serà la raó per la qual té una força d’empenta molt superior a la que hauria de tenir només amb l’impuls.

No tinc proves del meu següent punt, però crec que el camp magnètic de Misaka simplement continua empenyent bé la moneda després que li deixi la mà. Això explicaria ambdues curiositats.

No oblidem en l'episodi que va fer el braç del robot que va fer perquè la persona estava asseguda fora del rang de les seves monedes. Al final de la biga simplement no quedava cap moneda. Va explicar mentre bloquejava, agafava i disparava aquest braç que hi ha una raó per la qual sol fer servir monedes.

Sospito que diversos factors es combinen per contribuir al seu potencial destructiu, incloent-hi el seu estatus dolent designat, l’acceleració continuada, la inèrcia, el gir, l’ona de xoc hipersònica i la possible conversió de matèria en plasma.

Recordeu que probablement també desviarà energia per combatre el retrocés i altres aspectes destructius de disparar la pistola. Aquest blindatge és suficient per aturar múltiples explosions nuclears dirigides capaces de fondre's ràpidament a través del formigó i l'acer malgrat que Misaka s'esgotés en aquell moment. Estic segur que això pot ser suficient per provocar una acceleració secundària.

Es tracta d’un cas de física de l’anime, ja que altres pòsters han al·ludit a la física de l’anime, però no a la seva mitjana, es diu en certes parts del manga i de l’índex de sèries germanes que la manera com funcionen els poders esper és mitjançant la manipulació d’un camp de deformació de la realitat estil dels seus poders. per tant, la pistola de ferrocarril de misaka funciona perquè té prou energia per deformar la realitat i les matemàtiques al darrere