Szuperhős fizika - GRIN
Fizikai és társadalmi értekezés
Műszaki munka (iskola) 2016 28 oldal
Minta olvasása
Tartalomjegyzék
2. A Pókember képregény- és filmhősének fizikája
2.1 Pókember
2.2 A Pókember pókfonalainak rugalmassága
2.3 Az inga lengése
2.3.1 Pókember normál ingaingása
2.3.2 Pókember indulása az inga belsejében
2.4 A szabad esés egy pók szálába
3. Szociális interakció a szuperhősökkel
3.1 Szuperhős-integráció
3.1.1 A szuperhősök etnikai kolóniáinak problémái
3.1.2 A szuperhősökre alkalmazott „versenykapcsolati ciklus”
7. Könyvtárak
7.1 Irodalomjegyzék
7.2 Internetes források
7.3. Filmforrások
1. Bemutatkozás
A szuperhősökről szóló filmekben és képregényekben olyan cselekvéseket ábrázolnak, amelyek fizikai és társadalmi szempontból meglehetősen megkérdőjelezhetőnek tűnnek. Az olvasónak és a nézőnek azonban nincs lehetősége ellenőrizni az ábrázolt cselekedeteket, így téves képet kaphat a fizikai törvényekről és a társadalmi viselkedésről.
Emiatt fontos elemezni, hogy a képregényekben és filmekben ábrázolt események mennyiben felelnek meg a valóságnak. Ez a cél egy nagyobb projektet alkot, amelyen még nem dolgoztak átfogóan. Ennek a munkának hozzá kell járulnia az ismeretek megfelelő mélyebb hiányainak kitöltéséhez.
A következőkben a Pókember képregény- és filmhősét az azonos nevű filmből [1] vizsgálják fizikája szempontjából, amikor pókfonalakkal mozognak. Azt is elemzi, hogy egy valós társadalom hogyan kezelné a szuperhősöket a valóságban.
Mivel a szuperhős Pókember szinte minden cselekedete a pókfonalai alapján történik, ellenőrizni kell pókfonalainak rugalmasságát. Ezenkívül különféle inga lengéseit, amelyeket pókfonalaival végez, fizikai elemzésnek kell alávetni. A cél annak tisztázása, hogy a Pókembernek mely teljesítményt kellene nyújtania a normál emberekhez képest, hogy elsajátítsa swing típusait. Ezzel kapcsolatban a "normális" inga lengését először két különböző módon elemzik, ahol csak a normális lengést veszik figyelembe, a további elemzés tekintetében pedig azt az esetet, amikor az csak az inga alsó pontjáról indul. Mivel a Pókember a film egyik pókfonalával megmentheti magát a szabad bukástól, érdeklődés van ezen eset kivizsgálására a valóságtartalom szempontjából is.
A szuperhősökkel való valódi társadalom várható kezelésének fejlesztése érdekében elemzik, hogy a szuperhősök mennyire integrálhatók a valós társadalomba. Ebben a tekintetben különösen fontos tisztázni, hogy a szuperhősök etnikai csoportjai kialakulnak-e és hogyan, és mi lehet a sikeres integráció problémája.
Fizikai szempontból a „Pókember” című filmet tekintjük meg, hogy képet kapjunk az elemzendő szempontokról. [2] A tudás alapja az alkalmazandó képletek formájában jön létre. A Pókember fizikai elemzésének egyik fő problémája a "műszaki adatok" hiánya. Ezekre a fizikai paraméterekre azonban a filmben látható Pókemberes jelenetek alapján lehet következtetni. Az összehasonlítható, valódi pókfajok adatai a Spider-Man pókfonalak tulajdonságairól nyújtanak információt. A fizikai vizsgálat során szükséges távolságokra és hosszúságokra vonatkozó információk a filmből is levezethetők a megfelelő filmszekvenciák kritikus vizsgálatával.
Az integráció társadalmi megfontolása szempontjából a szuperhősökre egy olyan integrációs ciklust alkalmaznak, amely a múltban már lejárt a valós népességcsoportokhoz képest, és ezáltal összehasonlíthatóságot teremt. Vannak olyan kiadványok is, amelyek leírják az etnikai csoportok kialakulásának okait és a kapcsolódó problémákat. Ezek a megállapítások a szuperhősökre is alkalmazhatók.
A Pókember fizikai tulajdonságainak áttekintése érdekében indokoltak az ésszerűen feltételezett, fizikai paramétereinek, különösen a pókselyemnek számított értékei. A fizikai megfontolás ezután a normális Pókember-inga lengésével kezdődik. Ezt aztán más körülmények között újra elemzik. A Pókember szabad esésének fizikájának elemzésével megszűnik a munka megfontolása e munka keretfeltételei miatt.
Ezt követi a társadalom szuperhősökkel való megbeszélése, amelyben bemutatják a szuperhősök etnikai kolóniáinak megjelenésének lehetséges okait. A társadalmi szempontot lekerekítik, szemléltetve, hogy milyen lehet a szuperhősök lehetséges integrációs folyamata.
2. A Pókember képregény- és filmhősének fizikája
2.1 Pókember
Pókember a "Pókember" című film főszereplője [3]. Ez egy kitalált személyiség, akit, miután egy géntechnológiával módosított pók megharapott, most megvan ennek az ereje. A Pókember karakter ezért képes például pók selymet lőni a csuklójából. [4]
A "Pókember" című film megmutatja, hogy az őt harapó pók (1. ábra) az Araneus nemzetség (kerti pók) egyik faja. [5] A színen kívül rendkívül hasonlít egy Araneus diadematusra (kerti pók) (2. ábra). E hasonlóság alapján a kerti pók pókselyemének fizikai tulajdonságai a Pókember pókselymére vetülnek (3. ábra). Mivel a kerti pók az úgynevezett "pók vezető selymét" használja többek között abseelezéshez, a Pókembert abból a feltételezésből vizsgálják, hogy ő is ezt a fajta pók selymet használja "hőstetteinek" végrehajtására.
A Pókember további fizikai számításaihoz feltételezzük, hogy a főszereplő súlya 70 kg. Ez nagyjából megfelel a "Pókember" című filmben bemutatott főszereplő méretének, figyelembe véve sportos testét. [7] Ezenkívül minden számításnál feltételezzük, hogy vezetőselyme hengeres és 1 cm átmérőjű. [8.]
2.2 A Pókember pókfonalainak rugalmassága
Annak érdekében, hogy ellenőrizzük a Pókember pók-selymének rugalmasságát az azonos nevű filmben annak lehetséges valóságtartalma szempontjából, először az alábbiakban leírt helyzetet vesszük figyelembe. A Pókember ott tartja a New York-i „Roosevelt Island villamos” gondoláját, amelybe mintegy 15 iskolás gyerek és két felnőtt szállt fel az egyik pókfonallal, valamint barátnője, Mary Jane. [9] Feltételezve, hogy minden gyermek súlya 30 kg, a két felnőtt egyenként 80, Mary Jane pedig 60 kg, a Pókember (70 kg) súlyán kívül részleges terhelés 740 kg. [10] Az üres gondola súlyának hozzáadása után, amely feltételezhetően 2 t, a teljes terhelés 2740 kg. A következőkben nem azt számolják, hogy a Pókember vagy egyáltalán nőtt-e egy ilyen súlyra, hanem az, hogy a Pókember pókfonala képes lenne-e megtartani ezt a súlyt.
A Pókember pókvezető selyme maximális terhelhetőségének kiszámításához először a maximális erőre (Fmax) van szükség, amelyet a menet elvisel.
Az ábra nem szerepel ebben a kivonatban
A pókfonal selyem szakítószilárdsága (σ), más szóval a pókfonal "szilárdsága", az a maximális mechanikai feszültség, amelyet a selyem kibír, mielőtt elszakad.
Az 1 cm vastag Pókember vezető keresztmetszete (A) 7,85 * 10-5 m2. [11] Az összehasonlításhoz használt kerti pók pókfonalának szakítószilárdsága 1,1 GPa. [12] Ennek a két értéknek a szorzata ad maximális elviselhető erőt a Pókember 86350 N irányelveinek megfelelően. [13]
A menetre lógó maximális tömeg kiszámítható a súlyerő képletével (2. képlet). Ebből a célból a maximális erőt, amely a vezetőre hatással lehet, mielőtt megszakad, egyenlő a súlyerővel (2. képlet).
Az ábra nem szerepel ebben a kivonatban
Az ismert 9,81 m/s2 értéket használjuk a gravitáció miatti gyorsulásra (g) a vizsgált esetben. Miután megoldotta a tömeg tömeg szerinti képletét, a 3. képlet hányadosa adja meg azt a maximális tömeget, amelyet a Pókember vezető képes hordozni.
Az ábra nem szerepel ebben a kivonatban
A vezetőre ható 86350 N maximális erővel, valamint a 9,81 m/s2 gravitáció miatti gyorsulással 8802,24 kg tömeg következik, [14] amelyet a pókvezető selyem Pókember tarthat előtte könnyek.
Mivel ez jóval meghaladja a vizsgált filmjelenetben tartandó 2,7 tonnát, a pókfonal még ennek a súlynak a több mint háromszorosát is képes lenne megtartani. A pókfonal stabilitása szempontjából az ábrázolt jelenet a körülményeknek megfelelően reális.
2.3 Az inga lengése
2.3.1 Pókember normál ingaingása
A Pókember New York utcáin főleg a pókfonalain ingás lengések segítségével mozog (4. ábra). Ezt úgy sikerül elérnie, hogy azonnal beugrik egy új, általa létrehozott ingába, amint az inga lendülése befejeződik. [15]
Abban az időpontban, amikor a régi ingáról az újra vált, 0 m/s sebességgel rendelkezik. Az új ingának van egy pókvezetője, amelynek hossza 30 m, amelyet a következő számításokhoz kell beállítani: Amint lelőtte a pókfonalat és csatlakozik az ingához, az ingában potenciális energia van, amely a talajtól való távolságán keresztül jön létre. A lengés kezdetén lévő ingában ez egyenlő azzal a mozgási energiával, amelyet az inga alján ér el. A sebesség kiszámításához ezért ezt a két egyenletet megegyezzük, amint azt a 4. képlet mutatja. A tömeg kivág.
Az ábra nem szerepel ebben a kivonatban
Ha az egyenletet a sebesség négyzetének megfelelően rendezik át, [16] a szorzat négyzetgyöke adja meg a sebességet (5. képlet).
Az ábra nem szerepel ebben a kivonatban
A képlet azt mutatja, hogy csak az inga hossza változtatható változó, amely befolyásolja a sebességet.
A sebesség egyenletének segítségével most már figyelembe lehet venni a g erőket. Ezeket a centrifugális gyorsulás (az) okozza, amely az inga Pókemberére hat (Formula 6).
Az ábra nem szerepel ebben a kivonatban
Az (5) képlet beillesztése a (z) 6 képletbe a következőket eredményezi:
Az ábra nem szerepel ebben a kivonatban
Kiderült, hogy az inga működésére képes maximális G-erők soha nem haladhatják meg a 2 g maximális gyorsulást, függetlenül a hosszától. [17]
A Pókembernek az inga teljes lengéséhez szükséges ideje az inga periódusának felének felel meg, amelyet a 8. képlet szerint számolunk.
Az ábra nem szerepel ebben a kivonatban
Mivel azonban a 8. képlet csak az inga 10 ° -nál kisebb kismértékű elhajlásokhoz használható, és a Pókember kilengése 90 ° -os elhajlás, az időtartam százalékos eltérése szükséges ettől az elhajlástól. Ez a Colorado Egyetem menet-inga szimulációjának segítségével határozható meg [18], mivel a szimulációban a periódust a beállított szöggel együtt adják meg. Az inga hossza és a rögzített tömeg nem releváns az időszak időtartamának százalékos eltérése szempontjából. A lehető legpontosabb százalékos eltérés elérése érdekében ezt 1 ° és 90 ° között kell kiszámítani, ezáltal 18%. [19] A 8. képlet szerinti periódus 10,99 s értéknek felel meg. [20] A Pókember által vizsgált esetben a periódus 12,97 másodperc a hozzáadandó 18% miatt. [21] Inga lengése a kiindulási helyzetből a célhelyzetbe tehát 6,49 másodpercet vesz igénybe. A Pókember számára ez azt jelenti, hogy ezt az ideig minden egyes kilengésnél súlyt kell tartania a karjain, ami a csúcson történő ugrás pillanatában 70 kg testtömeg között van. dupla testtömege pedig az alján van.
Saját mérési eredményeink azt mutatják, hogy egy jól képzett embernek lehetősége van saját testtömegének kétszeresét akár 26 másodpercig tartani, miközben a kezén lóg (5. ábra). Mivel a gravitáció miatti kétszeres gyorsulás az inga lengése során a magas ponttól a mélypontig terjed, és a mélyponttól a csúcspontig csökken, feltételezhető, hogy 1 g-ot a lengés felénél és 2 g-ot a másik felénél kell kibírni. Ennek eredményeként kb. 1,5 g-ot kell ellenállni az inga lengéséhez 6,49 másodperc alatt. Ezért annak az időtartamnak a másfélszerese, amelyben 2 g ellenállhatott, megfelel az inga lengetésével eltöltött időnek. Ez 39 másodpercet eredményez, ami azt jelenti, hogy akár hat-egyenként 6,49 másodperces lengés lehetséges. E hat ingaingálás után válságossá válik, és fennáll a leesés veszélye. Ezen értékek szerint a Pókembernek erősebbnek kell lennie, mint a filmben bemutatott izomtömeg, hogy képes legyen hosszabb ideig tartó folyamatos ingamozgásokat végrehajtani. [22] Ennek megfelelően a Pókember filmben bemutatott izomtömege elégtelen és irreális.
2.3.2 Pókember indulása az inga belsejében
A Pókember első inga lengésekor egy ház tetején van, ahonnan egy pókfonalat lő egy daru gémjére, amely az utca túloldalán található. Amikor a Pókember átugrik az utcán, közvetlenül a daru alá csap egy óriásplakátot, és sértetlenül lecsúszik.
Annak teszteléséhez, hogy a Pókember képes-e túlélni egy ilyen ütközést, szükséges a falnak való ütközés sebessége. Ez az 5. képletből származik. Mivel azonban a daru magasabb, mint a Spider-Man kiindulási helyzet, a magasságkülönbséget ki kell vonni az inga hosszából a sebességének pontos kiszámításához. Ez a különbség meghatározható a Pókember és a daru gémje közötti szöget érintő érintővel, valamint a Pókember és a daru közötti távolsággal (6. ábra). A következő számításoknál feltételezzük, hogy a daru a ház tetejéig 50 m-re, a gémhez képest pedig 20 ° -os szöget zár be. [23] A 20 ° érintő kiszámításához a daru további magasságának (hK) ellentétes oldalának és a daru távolságának (sK) hányadosa képződik a szomszédos oldalon. A daru további magassága szerinti átalakítással az eredmény az, hogy a daru 18,2 m-rel magasabb, mint a Pókember pozíciója. [24] Ennek a magasságkülönbségnek és a Pitagorasz-tételnek a segítségével a lengéshez szükséges ingahossz (lP) 53,21 m-ben határozható meg. [25]
Annak érdekében, hogy utólagosan kiszámíthassuk, milyen sebességgel éri el a Pókember az óriásplakátot az inga legalsó pontján, az inga hossza mellett egy másik változót kell hozzáadni a sebesség képletéhez, amely a nem lendített magasság hosszától függ ( hK) levonások (9. képlet).
Az ábra nem szerepel ebben a kivonatban
[1] Pókember. R.: Raimi S.; Forgatókönyv: Koepp D.; USA: Columbia Pictures Corporation, Marvel Enterprises, Laura Ziskin Productions 2002.
[4] lásd Pókember. R .: Raimi S., forgatókönyv: Koepp D., USA: Columbia Pictures Corporation, Marvel Enterprises, Laura Ziskin Productions 2002, perc: 27:09 - 27:18.
[5] lásd R.: Raimi S., forgatókönyv: Koepp D., a. a. O. perc: 10:23 - 10:27.
[6] lásd Gosline, J. M. és munkatársai: A pók-selymek mechanikai kialakítása: A fibroin-szekvenciától a mechanikus funkcióig, a: Journal of Experimental Biology, No. 202, p.
[7] lásd Pókember. R .: Raimi S., forgatókönyv: Koepp D., USA: Columbia Pictures Corporation, Marvel Enterprises, Laura Ziskin Productions 2002, perc: 18:25 - 18:50, perc: 25:07.
[8] lásd R.: Raimi S., forgatókönyv: Koepp D., a. a. O. perc: 17:25 - 27:29.
[9] lásd R.: Raimi S., forgatókönyv: Koepp D., op. a. O. perc: 102: 45 - 102: 50.
[12] Kubik S.: Nagy teljesítményű szálak a Spider Silk-től, in: Angewandte Chemie. International Edition, 41. szám, 2721. o.
[15] lásd Pókember. R .: Raimi S., forgatókönyv: Koepp D., USA: Columbia Pictures Corporation, Marvel Enterprises, Laura Ziskin Productions 2002, perc: 45:56 - 46:06.
[18] lásd Dubson, M./Loeblein, T. (2011): Pendulum Lab. phet.colorado.edu/sims/pendulum-lab/pendulum-lab_de.html (állapot: 2016.03.10.).
[22] lásd Pókember. R .: Raimi S., forgatókönyv: Koepp D., USA: Columbia Pictures Corporation, Marvel Enterprises, Laura Ziskin Productions 2002, perc: 18:35.
[23] lásd R.: Raimi S., forgatókönyv: Koepp D., op. a. O. perc: 26:44 - 26:46.