Физика на супергероя

Физически и социален трактат

Техническа работа (училище) 2016 28 страници

Проба за четене

Съдържание

2. Физиката на комичния и филмов герой Спайдърмен
2.1 Спайдърмен
2.2 Устойчивостта на паяковите нишки на Spider-Man
2.3 Залюляването на махалото
2.3.1 Нормалното люлеене на махалото на Спайдърмен
2.3.2 Стартът на Спайдърмен в рамките на махало
2.4 Свободното падане в нишка на паяк

3. Социално взаимодействие със супергерои
3.1 Супергерой интеграция
3.1.1 Проблеми на етническите колонии на супергероите
3.1.2 „Цикълът на расовите отношения“, приложен за супергероите

7. Директории
7.1 Библиография
7.2 Интернет източници
7.3. Филмови източници

1. Въведение

Във филми и комикси за супергерои са изобразени действия, които изглеждат доста съмнителни от физическа и социална гледна точка. Читателят, както и зрителят, обаче нямат възможност да проверят изобразените действия и по този начин могат да получат погрешно впечатление за физическите закони и социалното поведение.

Поради това е важно да се анализира до каква степен събитията, изобразени в комиксите и филмите, съответстват на реалността. Тази цел формира по-мащабен проект, по който все още не е работил цялостно. Тази работа трябва да помогне за запълване на съответните по-дълбоки пропуски в знанията.

По-нататък комичният и филмов герой Спайдърмен от едноименния филм [1] се изследва за неговата физика при движение с паякови нишки. Той също така анализира как реално общество би се справило със супергероите в действителност.

Тъй като почти всяко действие на супергероя Спайдърмен се извършва въз основа на неговите паякови нишки, е необходимо да се провери устойчивостта на неговите паякови нишки. Освен това, различните му люлки на махалото, които той прави с помощта на своите паякови нишки, трябва да бъдат подложени на физически анализ. Целта е да се изясни кое представяне Spider-Man би трябвало да осигури в сравнение с нормалните хора, за да овладее своите видове люлки. По отношение на това, неговото „нормално“ люлеене на махалото първо се анализира по два различни начина, при което се разглежда само нормалното люлеене, а по отношение на по-нататъшния анализ случаят, в който започва да се люлее само от по-ниска точка на махалото. Тъй като Spider-Man във филма може да се спаси от свободно падане с една от своите паякови нишки, има и интерес да се разследва този случай по отношение на съдържанието на реалността.

За да се развие очакваното боравене на реално общество със супергерои, се анализира степента, до която супергероите могат да бъдат интегрирани в реално общество. В тази връзка е особено важно да се изясни дали и как биха се образували етнически групи супергерои и какво би могло да бъде проблем за успешната интеграция.

От физическа страна се гледа филмът „Спайдърмен“, за да се получи картина на аспектите, които трябва да се анализират. [2] Основата на знанието се създава под формата на формулите, които ще се използват. Основен проблем на физическия анализ по отношение на Спайдърмен е липсата на „технически данни“. Тези физически параметри обаче могат да бъдат изведени въз основа на сцените с Spider-Man, показани във филма. Данните за сравними, реални видове паяци предоставят информация за свойствата на паяковите нишки Spider-Man. Информацията за разстоянията и дължините, които са необходими в хода на физически преглед, също може да бъде получена от филма чрез критично изследване на съответните филмови последователности.

За социалното съображение в областта на интеграцията към супергероите се прилага интеграционен цикъл, който вече е изтекъл в миналото по отношение на реалните групи от населението и по този начин създава съпоставимост. Има и публикации, които описват причините за формирането на етнически групи и свързаните с тях проблеми. Тези открития могат да бъдат приложени и към супергерои.

За да се получи общ преглед на физическите свойства на Спайдърмен, разумно приетите изчислени стойности за неговите физически параметри, особено неговата паякова коприна, са оправдани. Тогава физическото съображение започва с нормалното люлеене на махалото на Спайдърмен. След това се анализира отново при различни условия. С анализа на физиката на свободното падане на Спайдърмен физическото съображение поради рамковите условия на тази работа приключва.

Това е последвано от дискусия за това как обществото се справя със супергероите, в която са представени възможните причини за появата на етнически колонии на супергерои. Социалният аспект се закръгля, като се илюстрира как би могъл да изглежда евентуален процес на интеграция на супергероите.

2. Физиката на комичния и филмов герой Спайдърмен

2.1 Спайдърмен

Спайдърмен е главният герой във филма "Спайдърмен" [3]. Това е измислена личност, която, след като е ухапана от генетично модифициран паяк, сега има силите на това. Следователно персонажът Спайдърмен е в състояние, например, да изстрелва паяк коприна от китките си. [4]

Филмът "Спайдърмен" показва, че паякът, който го е ухапал (фиг. 1) е вид от рода Araneus (градински паяк). [5] Освен цвета, той изглежда изключително подобен на Araneus diadematus (градински паяк) (фиг. 2). Въз основа на това сходство физическите свойства на паяковата коприна на градинския паяк се проектират върху паяковата коприна на Спайдърмен (Фиг. 3). Тъй като градинският паяк използва така наречената „коприна за водач на паяка“, наред с други неща за спускане със спускане, Спайдърмен се изследва при предположението, че той също използва този вид паяк коприна, за да извърши своите „героични дела“.

За по-нататъшните физически изчисления за Спайдърмен се приема, че главният герой тежи 70 кг. Това приблизително съответства на размера на главния актьор, показан във филма "Спайдърмен", като се вземе предвид спортното му тяло. [7] Освен това за всички изчисления се приема, че неговата направляваща коприна е цилиндрична и има диаметър 1 cm. [8-ми]

2.2 Устойчивостта на паяковите нишки на Spider-Man

За да се провери устойчивостта на паяковата коприна на Spider-Man във филма със същото име за нейното възможно съдържание на реалност, първо се разглежда ситуацията във филма, описана по-долу. Там Спайдърмен държи гондола на „Трамвайния път на остров Рузвелт“ в Ню Йорк, натоварен с около 15 деца в училище и двама възрастни с една от паяковите си нишки, както и приятелката си Мери Джейн. [9] Ако приемем, че всяко дете тежи 30 кг, двамата възрастни по 80 кг, а Мери Джейн 60 кг, в допълнение към теглото на Спайдърмен (70 кг), има частичен товар от 740 кг. [10] След добавяне на теглото на празната гондола, което се приема за 2 т, общото натоварване е 2740 кг. По-нататък не се изчислява дали Spider-Man или човек изобщо биха натрупали такова тегло, а по-скоро дали паякът на Spider-Man би могъл да удържи това тегло.

За да се изчисли максималната маса за носене на водеща коприна на паяк на Spider-Man, първо се изисква максималната сила (Fmax), която конецът може да издържи.

Фигура не е включена в този екстракт

Якостта на опън (σ) на копринената нишка на паяк, с други думи „якостта“ на паяковата нишка, е максималното механично напрежение, което коприната може да издържи преди да се счупи.

Площта на напречното сечение (A) за водача на Spider-Man с дебелина 1 см е площ от 7,85 * 10-5 m2. [11] Якостта на опън на паяковата нишка на градинския паяк, използвана за сравнение, е 1,1 GPa. [12] Продуктът от тези две стойности дава максимална поносима сила съгласно указанията на Spider-Man от 86350 N. [13]

Максималната маса, която може да виси върху конеца, може да бъде изчислена, като се използва формулата за силата на тежестта (формула 2). За тази цел максималната сила, която може да действа върху водача, преди да се счупи, се приравнява на силата на тежестта (формула 2).

Фигура не е включена в този екстракт

Известната стойност от 9,81 m/s2 се използва за ускорението поради гравитацията (g) в разглеждания случай. След решаване на формулата за тежестта според масата, коефициентът във формула 3 води до максималната маса, която водачът на Спайдърмен може да носи.

Фигура не е включена в този екстракт

С максимална сила от 86350 N, която може да действа върху водача, както и гравитационно ускорение от 9,81 m/s2, следва тегло от 8802,24 kg, [14] което може да се задържи от водача на паяк коприна Spider-Man преди него плач.

Тъй като това е много повече от 2,7 t, които трябва да се държат в разследваната филмова сцена, паякът би могъл дори да побере повече от три пъти това тегло. По отношение на стабилността на паяковата нишка, изобразената сцена следователно е реалистична според обстоятелствата.

2.3 Залюляването на махалото

2.3.1 Нормалното люлеене на махалото на Спайдърмен

Спайдърмен се движи по улиците на Ню Йорк главно с помощта на махало на люлка на паяковите си нишки (фиг. 4). Той успява да направи това, като веднага скача в ново махало, което е създал, веднага след като махалото на махалото е завършено. [15]

Към момента, в който се променя от старото махало към новото, то има скорост 0 m/s. Новото махало има водач на паяк с дължина 30 m, зададен за следващите изчисления. Веднага след като е изстрелял нишката на паяка и е свързан с махалото, той има потенциална енергия в махалото, която се появява чрез отдалечаването му от земята. В махалото в началото на люлеенето това е равно на кинетичната енергия, която достига в дъното на махалото. Следователно за изчисляване на скоростта тези две уравнения се приравняват, както е показано във формула 4. Масата се изрязва.

Фигура не е включена в този екстракт

Ако уравнението се пренареди според скоростта на квадрат, [16] квадратният корен на продукта дава скоростта (формула 5).

Фигура не е включена в този екстракт

Формулата показва, че само дължината на махалото е променлива променлива, която влияе на скоростта.

С помощта на уравнението за скоростта вече е възможно да се разгледат g-силите. Те са причинени от центробежното ускорение (az), което действа върху Spider-Man в махалото (Формула 6).

Фигура не е включена в този екстракт

Вмъкването на формула 5 във формула 6 води до:

Фигура не е включена в този екстракт

Оказва се, че максималните G-сили, които могат да действат в махало, никога не могат да надвишават максимално ускорение от 2 g, независимо от дължината. [17]

Времето, от което Спайдърмен се нуждае за цяло замахване на махалото, съответства на половината от периода на махалото, което се изчислява съгласно формула 8.

Фигура не е включена в този екстракт

Тъй като обаче Формула 8 може да се използва само за малки отклонения под 10 ° на махало и люлеенето на Спайдърмен е отклонение от 90 °, изисква се процентно отклонение на периода от това отклонение. Това може да се определи с помощта на симулацията на нишковидно махало от Университета в Колорадо [18], тъй като периодът е посочен в симулацията заедно с зададения ъгъл. Дължината на махалото и фиксираната маса не са от значение по отношение на процентното отклонение на продължителността на периода. За да се получи възможно най-точното процентно отклонение, това се изчислява между 1 ° и 90 °, като това е 18%. [19] Периодът съгласно формула 8 съответства на стойност от 10,99 s. [20] В случая на разглеждания Спайдърмен периодът е 12,97 s поради добавените 18%. [21] Махането на махалото от началната позиция до целевата позиция отнема 6,49 s. За Спайдърмен това означава, че той трябва да държи тежест на ръцете си за този период от време, който е между телесното му тегло от 70 кг в момента на скока във високата точка и двойното му телесно тегло в долната точка.

Нашите собствени резултати от измервания показват, че е възможно добре обучен човек да задържи двойно собственото си телесно тегло до 26 секунди, докато виси на ръце (Фиг. 5). Тъй като двойното ускорение поради гравитацията се натрупва по време на люлеене на махалото от високата точка към ниската точка и намалява от ниската точка до високата точка, може да се приеме, че 1 g трябва да се издържи за половината от люлеенето и 2 g за другата половина. В резултат на това трябва да се издържи около 1,5 g за люлеене на махалото за период от 6,49 s. Следователно, един и половина времеви интервал, през който могат да се издържат 2 g, съответства на времето, което може да бъде изразходвано за люлеене на махалото. Това води до 39 s, което означава, че биха били възможни до шест люлки от по 6,49 s. След тези шест люлки на махалото става критично и има риск от падане. Според тези стойности Спайдърмен трябва да е по-силен от мускулната маса, показана във филма, за да може да извършва непрекъснати махания на махалото дори с по-голяма продължителност. [22] Съответно, показаната във филма мускулна маса на Спайдърмен е недостатъчна и нереална.

2.3.2 Стартът на Спайдърмен в рамките на махало

По време на първото размахване на махалото на Спайдърмен, той е на покрива на къща, откъдето изстрелва паякова нишка в стрелата на кран, който е отсреща. Когато Спайдърмен прескача улицата, той удря билборд директно под крана и се плъзга невредим.

За да се провери дали Спайдърмен може да оцелее при такъв сблъсък, се изисква скоростта, с която той удря стената. Това произтича от формула 5. Тъй като кранът е по-висок от началната позиция Spider-Man, разликата във височината трябва да бъде извадена от дължината на махалото за точно изчисляване на скоростта му. Тази разлика може да се определи с помощта на допирателната от ъгъла на Спайдърмен до стрелата на крана и разстоянието между местоположението на Спайдърмен и крана (Фигура 6). За всички следващи изчисления се приема разстояние на крана до покрива на къщата от 50 м и ъгъл от 20 ° спрямо стрелата. [23] За да се изчисли тангенсът от 20 °, се оформя коефициентът на допълнителната височина на крана (hK) като противоположната страна и разстоянието на крана (sK) като съседната страна. Чрез преоформяне според допълнителната височина на крана, резултатът е, че кранът е с 18,2 м по-висок от позицията на Spider-Man. [24] С помощта на тази разлика във височината и теоремата на Питагор, необходимата дължина на махалото (lP) за люлката може да бъде определена като 53,21 m. [25]

За да се изчисли впоследствие скоростта, с която Спайдърмен удря билборда в най-ниската точка на махалото, в допълнение към дължината на махалото, към формулата за скоростта трябва да се добави още една променлива, която зависи от дължината на ненавъртаната височина ( hK) приспада (Формула 9).

Фигура не е включена в този екстракт

[1] Спайдърмен. R.: Raimi S.; Сценарий: Koepp D.; САЩ: Columbia Pictures Corporation, Marvel Enterprises, Laura Ziskin Productions 2002.

[4] вж. Човекът паяк. R.: Raimi S., сценарий: Koepp D., САЩ: Columbia Pictures Corporation, Marvel Enterprises, Laura Ziskin Productions 2002, минута: 27:09 - 27:18.

[5] вж. R.: Raimi S., сценарий: Koepp D., a. а. О. Протокол: 10:23 - 10:27.

[6] вж. Gosline, J. M. et al.: Механичният дизайн на паяковите коприни: От фиброиновата последователност до механичната функция, в: Journal of Experimental Biology, No. 202, стр. 3295.

[7] вж. Човекът паяк. R.: Raimi S., сценарий: Koepp D., САЩ: Columbia Pictures Corporation, Marvel Enterprises, Laura Ziskin Productions 2002, минута: 18:25 - 18:50, минута: 25:07.

[8] вж. R.: Raimi S., сценарий: Koepp D., a. а. О. Протокол: 17:25 - 27:29.

[9] вж. R.: Raimi S., сценарий: Koepp D., a. а. О. Минута: 102: 45 - 102: 50.

[12] Kubik S.: Високоефективни влакна от Spider Silk, в: Angewandte Chemie. Международно издание, № 41, стр. 2721.

[15] вж. Човекът паяк. R.: Raimi S., сценарий: Koepp D., САЩ: Columbia Pictures Corporation, Marvel Enterprises, Laura Ziskin Productions 2002, минута: 45:56 - 46:06.

[18] вж. Dubson, M./Loeblein, T. (2011): Pendulum Lab. phet.colorado.edu/sims/pendulum-lab/pendulum-lab_de.html (състояние: 10.03.2016).

[22] вж. Човекът паяк. R.: Raimi S., сценарий: Koepp D., САЩ: Columbia Pictures Corporation, Marvel Enterprises, Laura Ziskin Productions 2002, минута: 18:35.

[23] вж. R.: Raimi S., сценарий: Koepp D., a. а. О. Протокол: 26:44 - 26:46.