Fyzika superhrdinov - GRIN
Fyzické a sociálne pojednanie
Technické práce (škola), 2016
28 strán, poznámka: 14.3
Lennard Fichtner (autor)
Obsah
2. Fyzika komiksového a filmového hrdinu Spider-Mana
2.1 Spider-Man
2.2 Odolnosť pavúčich nití Spider-Mana
2.3 Kyvadlo kyvadla
2.3.1 Spider-Manov normálny výkyv kyvadla
2.3.2 Spider-Manov štart v rámci kyvadla
2.4 Voľný pád do pavúčej nite
3. Sociálna interakcia so superhrdinami
3.1 Integrácia superhrdinov
3.1.1 Problémy etnických kolónií superhrdinov
3.1.2 „Cyklus rasových vzťahov“ platil pre superhrdinov
7. Adresáre
7.1 Bibliografia
7.2 Internetové zdroje
7.3. Filmové zdroje
1. Úvod
Vo filmoch a komiksoch o superhrdinoch sú zobrazené činy, ktoré sa z fyzického a sociálneho hľadiska javia ako dosť otázne. Čitateľ a divák však nemajú možnosť skontrolovať zobrazené činy, a tak môžu získať nesprávny dojem o fyzikálnych zákonoch a sociálnom správaní.
Z tohto dôvodu je dôležité analyzovať, do akej miery udalosti zobrazené v komiksoch a filmoch zodpovedajú realite. Tento cieľ predstavuje väčší projekt, na ktorom sa doteraz komplexne nepracovalo. Táto práca by mala pomôcť vyplniť zodpovedajúce hlbšie medzery vo vedomostiach.
V nasledujúcom texte je komiksový a filmový hrdina Spider-Man z rovnomenného filmu [1] skúmaný z hľadiska jeho fyziky pri pohybe pavúčími vláknami. Analyzuje tiež to, ako by si skutočná spoločnosť v skutočnosti poradila s superhrdinami.
Pretože takmer každá akcia superhrdinu Spider-Man sa odohráva na základe jeho pavúčich nití, je potrebné skontrolovať odolnosť jeho pavúčích nití. Ďalej je potrebné podrobiť fyzikálnej analýze jeho rôzne výkyvy kyvadla, ktoré vyrába pomocou svojich pavúčich nití. Cieľom je objasniť, aký výkon by musel Spider-Man poskytnúť v porovnaní s normálnymi ľuďmi, aby zvládol svoje typy švihu. Z tohto hľadiska sa jeho „normálny“ výkyv kyvadla najskôr analyzuje dvoma rôznymi spôsobmi, pričom sa zohľadní iba normálny výkyv a vzhľadom na ďalšiu analýzu prípad, keď sa výkyv začne iba od spodného bodu kyvadla. Pretože sa Spider-Man môže pomocou jedného zo svojich pavúčích vlákien vo filme zachrániť pred voľným pádom, existuje záujem o vyšetrenie tohto prípadu aj z hľadiska obsahu reality.
S cieľom rozvinúť očakávané zvládnutie skutočnej spoločnosti s superhrdinami sa analyzuje miera, do akej by bolo možné superhrdinov integrovať do skutočnej spoločnosti. V tejto súvislosti je zvlášť dôležité objasniť, či a ako by sa formovali etnické skupiny superhrdinov a čo by mohlo byť problémom pre úspešnú integráciu.
Pokiaľ ide o fyzickú časť, pozerá sa film „Spider-Man“, aby sa získal obraz aspektov, ktoré sa majú analyzovať. [2] Základ vedomostí sa vytvára vo forme vzorcov, ktoré sa majú použiť. Hlavným problémom fyzickej analýzy týkajúceho sa Spider-Mana je nedostatok „technických údajov“. Tieto fyzikálne parametre však možno odvodiť na základe scén, ktoré vo filme zobrazuje Spider-Man. Údaje o porovnateľných, skutočných druhoch pavúkov poskytujú informácie o vlastnostiach pavúčich nití Spider-Man. Informácie o vzdialenostiach a dĺžkach, ktoré sú potrebné pri fyzikálnom vyšetrení, je možné z filmu odvodiť aj kritickým vyšetrením zodpovedajúcich filmových sekvencií.
Pokiaľ ide o sociálne hľadisko v oblasti integrácie, uplatňuje sa u superhrdinov integračný cyklus, ktorý už v minulosti vypršal vo vzťahu k skutočným skupinám obyvateľstva, čím sa vytvára porovnateľnosť. Existujú aj publikácie, ktoré popisujú dôvody vzniku etnických skupín a s nimi spojené problémy. Tieto zistenia je možné aplikovať aj na superhrdinov.
Pre získanie prehľadu o fyzikálnych vlastnostiach Spider-Mana sú odôvodnené rozumne predpokladané vypočítané hodnoty jeho fyzikálnych parametrov, najmä pavúčieho hodvábu. Fyzická úvaha potom začína normálnym kyvadlom Spider-Mana. To sa potom znovu analyzuje za iných podmienok. Analýzou fyziky voľného pádu Spider-Mana sa skončila fyzická úvaha vzhľadom na rámcové podmienky tejto práce.
Nasleduje diskusia o tom, ako sa spoločnosť správa k superhrdinom, v ktorej sú predstavené možné dôvody vzniku etnických kolónií superhrdinov. Sociálny aspekt sa završuje poskytnutím ilustrácie toho, ako by mohol vyzerať možný proces integrácie superhrdinov.
2. Fyzika komiksového a filmového hrdinu Spider-Mana
2.1 Spider-Man
Spider-Man je hlavná postava vo filme "Spider-Man" [3]. Je to fiktívna osobnosť, ktorá po uhryznutí geneticky modifikovaným pavúkom má v tejto chvíli právomoci. Postava Spider-Man je preto schopná napríklad vystreliť z jej zápästí pavúčí hodváb. [4]
Film „Spider-Man“ ukazuje, že pavúk, ktorý ho pohrýzol (obr. 1), je druh rodu Araneus (záhradný pavúk). [5] Okrem farby vyzerá mimoriadne podobne ako Araneus diadematus (pavúk záhradný) (obr. 2). Na základe tejto podobnosti sa fyzikálne vlastnosti pavúčieho hodvábu záhradného pavúka premietajú na pavúčí hodváb Spider-Mana (obr. 3). Pretože záhradný pavúk používa na zlaňovanie okrem iného aj takzvaný „pavúčí vodiaci hodváb“, Spider-Man sa skúma za predpokladu, že na vykonávanie svojich „hrdinských činov“ používa aj tento druh pavúčieho hodvábu.
Pri ďalších fyzikálnych výpočtoch pre Spider-Mana sa predpokladá, že hlavná postava váži 70 kg. To zodpovedá zhruba veľkosti hlavného herca zobrazeného vo filme "Spider-Man", berúc do úvahy jeho vyšportované telo. [7] Ďalej sa pri všetkých výpočtoch predpokladá, že jeho vodiaci hodváb je valcovitý a má priemer 1 cm. [8]
2.2 Odolnosť pavúčich nití Spider-Mana
S cieľom skontrolovať odolnosť pavúčieho hodvábu Spider-Mana v rovnomennom filme z hľadiska možného obsahu reality sa najskôr zváži situácia vo filme popísanom nižšie. Spider-Man tam drží gondolu „Roosevelt Island Tramway“ v New Yorku naloženú približne s 15 školákmi a dvoma dospelými s jedným zo svojich pavúčích vlákien, ako aj so svojou priateľkou Mary Jane. [9] Za predpokladu, že každé dieťa váži 30 kg, dvaja dospelí vážia po 80 kg a Mary Jane 60 kg, okrem hmotnosti Spider-Mana (70 kg) je to čiastočné zaťaženie 740 kg. [10] Po pripočítaní hmotnosti prázdnej gondoly, ktorá sa považuje za 2 t, je celkové zaťaženie 2740 kg. V nasledujúcom texte sa nevypočítava, či by Spider-Man alebo človek vôbec vyrástli na takúto váhu, ale skôr to, či by Spider-Manova pavúčia niť dokázala túto váhu udržať.
Na výpočet maximálnej nositeľnej hmotnosti Spider-Manovho hodvábneho vodiaceho pavúka je najskôr potrebná maximálna sila (Fmax), ktorú môže vlákno vydržať.
Obrázok nie je súčasťou tohto výňatku
Pevnosť v ťahu (σ) hodvábu pavúčej nite, inými slovami „pevnosť“ pavúčej nite, je maximálne mechanické napätie, ktoré hodváb dokáže vydržať predtým, ako sa zlomí.
Prierezová plocha (A) pre 1 cm hrubé vodítko Spider-Man je plocha 7,85 * 10-5 m2. [11] Pevnosť v ťahu pavúčieho vlákna záhradného pavúka použitá na porovnanie je 1,1 GPa. [12] Výsledkom súčtu týchto dvoch hodnôt je maximálna únosná sila podľa pokynov pre Spider-Man 86350 N. [13]
Maximálnu hmotnosť, ktorá môže visieť na závite, je možné vypočítať pomocou vzorca pre hmotnostnú silu (vzorec 2). Z tohto dôvodu sa maximálna sila, ktorá môže pôsobiť na vodidlo pred jeho zlomením, rovná s váhovou silou (vzorec 2).
Obrázok nie je súčasťou tohto výňatku
Pre uvažované zrýchlenie v dôsledku gravitácie (g) sa použije známa hodnota 9,81 m/s2. Po vyriešení vzorca pre hmotnosť podľa hmotnosti dáva kvocient vo vzorci 3 maximálnu hmotnosť, ktorú môže sprievodca Spider-Mana uniesť.
Obrázok nie je súčasťou tohto výňatku
S maximálnou silou 86350 N, ktorá môže pôsobiť na vedenie, ako aj so zrýchlením v dôsledku gravitácie 9,81 m/s2, nasleduje hmotnosť 8802,24 kg [14], ktorú môže pred sebou držať hodvábny spider guide Spider-Man. slzy.
Pretože to je oveľa viac ako 2,7 t, ktoré sa majú na skúmanej filmovej scéne udržať, bola by pavúčia niť schopná udržať viac ako trojnásobok tejto hmotnosti. Pokiaľ ide o stabilitu pavúčej nite, je zobrazená scéna podľa okolností realistická.
2.3 Kyvadlo kyvadla
2.3.1 Spider-Manov normálny výkyv kyvadla
Spider-Man sa pohybuje ulicami New Yorku hlavne pomocou výkyvov kyvadla na svojich pavúčích vláknach (obr. 4). Darí sa mu to tým, že hneď po dokončení kyvadlového švihu okamžite skočí do nového kyvadla, ktoré vytvoril. [15]
V okamihu, keď sa zmení zo starého kyvadla na nové, má rýchlosť 0 m/s. Nové kyvadlo má vedenie pavúka, ktorého dĺžka je 30 m, a je stanovené pre nasledujúce výpočty: Len čo vystrelí z pavúčej nite a je pripojené k kyvadlu, má v kyvadle potenciálnu energiu, ktorá vychádza z jeho vzdialenosti od zeme. V kyvadle na začiatku hojdačky sa to rovná kinetickej energii, ktorú dosahuje na spodnej časti kyvadla. Na výpočet rýchlosti sa preto tieto dve rovnice rovnajú, ako je znázornené vo vzorci 4. Hmota vystrihne.
Obrázok nie je súčasťou tohto výňatku
Ak je rovnica usporiadaná podľa druhej rýchlosti, [16] druhá odmocnina produktu dáva rýchlosť (vzorec 5).
Obrázok nie je súčasťou tohto výňatku
Vzorec ukazuje, že iba dĺžka kyvadla je premenlivá premenná, ktorá ovplyvňuje rýchlosť.
Pomocou rovnice pre rýchlosť je teraz možné uvažovať sily g. Spôsobuje ich odstredivé zrýchlenie (az), ktoré pôsobí na Spider-Mana v kyvadle (Formula 6).
Obrázok nie je súčasťou tohto výňatku
Výsledkom vloženia vzorca 5 do vzorca 6 je:
Obrázok nie je súčasťou tohto výňatku
Ukazuje sa, že maximálne sily G, ktoré môžu pôsobiť v kyvadle, nikdy nemôžu prekročiť maximálne zrýchlenie 2 g, bez ohľadu na dĺžku. [17]
Čas, ktorý Spider-Man potrebuje na celý výkyv kyvadla, zodpovedá polovici periódy kyvadla, ktorá sa počíta podľa vzorca 8.
Obrázok nie je súčasťou tohto výňatku
Pretože vzorec 8 je možné použiť iba pre malé výchylky kyvadla do 10 ° a Spider-Manov výkyv je výchylka 90 °, je potrebná percentuálna odchýlka doby trvania od tejto výchylky. To je možné určiť pomocou simulácie niťového kyvadla z Coloradskej univerzity [18], pretože perióda je v simulácii špecifikovaná spolu so stanoveným uhlom. Dĺžka kyvadla a pevná hmotnosť nie sú relevantné z hľadiska percentuálnej odchýlky trvania periódy. Aby sa získala čo najpresnejšia percentuálna odchýlka, táto sa počíta od 1 ° do 90 °, pričom je to 18%. [19] Perióda podľa vzorca 8 zodpovedá hodnote 10,99 s. [20] V prípade, ktorý zvažuje Spider-Man, je perióda 12,97 s z dôvodu pripočítania 18%. [21] Kyvadlo z východiskovej polohy do cieľovej polohy preto trvá 6,49 s. Pre Spider-Mana to znamená, že musí počas tohto časového obdobia držať bremeno na rukách pri každom jednom švihu, ktoré je medzi jeho telesnou hmotnosťou 70 kg v okamihu výskoku v najvyššom bode a jeho dvojitá váha tela je dole.
Naše vlastné výsledky meraní ukazujú, že je možné, aby dobre trénovaná osoba držala dvojnásobnú hmotnosť vlastného tela až 26 sekúnd, keď visí na rukách (obr. 5). Pretože dvojnásobné zrýchlenie v dôsledku gravitácie sa zvyšuje počas výkyvu kyvadla v období od najvyššieho bodu po najnižší bod a klesá od najnižšieho bodu do najvyššieho bodu, dá sa predpokladať, že 1 g musí byť odolané pre polovicu výkyvu a 2 g pre druhú polovicu. Vo výsledku musí byť asi 1,5 g odolných voči výkyvu kyvadla počas 6,49 s. Preto jeden a polnásobok časového rozpätia, v ktorom je možné vydržať 2 g, zodpovedá času, ktorý je možné stráviť hojdaním kyvadla. To má za následok 39 s, čo znamená, že by bolo možné až šesť výkyvov po 6,49 s. Po týchto šiestich výkyvoch kyvadla sa stáva kritickým a existuje riziko pádu. Podľa týchto hodnôt by musel byť Spider-Man silnejší ako svalová hmota uvedená vo filme, aby bol schopný vykonávať nepretržité výkyvy kyvadla aj dlhšieho trvania. [22] Preto je svalová hmota Spider-Mana zobrazená vo filme nedostatočná a nereálna.
2.3.2 Spider-Manov štart v rámci kyvadla
Počas prvého výkyvu kyvadla Spider-Mana je na streche domu, odkiaľ vystrelí pavúčiu niť do ramena žeriavu, ktorý je na opačnej strane ulice. Keď Spider-Man skočí cez ulicu, narazí na billboard priamo pod žeriavom a bez zranenia sa zosunie dolu.
Na vyskúšanie, či Spider-Man dokáže prežiť takúto zrážku, je potrebná rýchlosť, s akou narazí na stenu. Vyplýva to zo vzorca 5. Pretože je však žeriav vyšší ako východisková poloha Spider-Mana, je potrebné výškový rozdiel odčítať od dĺžky kyvadla, aby sa mohol presne vypočítať jeho rýchlosť. Tento rozdiel je možné určiť pomocou dotyčnice od uhla Spider-Mana k výložníku žeriavu a vzdialenosti medzi polohou Spider-Mana a žeriavom (obrázok 6). Pri všetkých nasledujúcich výpočtoch sa predpokladá vzdialenosť žeriavu od strechy domu 50 m a uhol 20 ° k výložníku. [23] Na výpočet tangenty 20 ° sa vytvorí kvocient dodatočnej výšky žeriavu (hK) ako opačnej strany a vzdialenosti žeriavu (sK) ako susednej strany. Výsledkom pretvorenia podľa dodatočnej výšky žeriavu je, že je žeriav o 18,2 m vyšší ako v pozícii Spider-Mana. [24] Pomocou tohto výškového rozdielu a Pytagorovej vety možno požadovanú dĺžku kyvadla (lP) pre hojdačku určiť ako 53,21 m. [25]
Aby bolo možné následne vypočítať rýchlosť, akou Spider-Man narazí na billboard v najnižšom bode kyvadla, musí byť k dĺžke kyvadla okrem vzorca pre kyvadlo pridaná ešte jedna premenná, ktorá závisí od dĺžky výšky neotočenia ( hK) odpočty (vzorec 9).
Obrázok nie je súčasťou tohto výňatku
[1] Spider-Man. R .: Raimi S.; Scenár: Koepp D.; USA: Columbia Pictures Corporation, Marvel Enterprises, Laura Ziskin Productions 2002.
[4] pozri Spider-Man. R.: Raimi S., scenár: Koepp D., USA: Columbia Pictures Corporation, Marvel Enterprises, Laura Ziskin Productions 2002, minúta: 27:09 - 27:18.
[5] pozri R.: Raimi S., scenár: Koepp D., a. a. O. Minúta: 10:23 - 10:27.
[6] pozri Gosline, J. M. a kol.: Mechanický dizajn pavúčieho hodvábu: Od sekvencie fibroínu k mechanickej funkcii, v: The Journal of Experimental Biology, č. 202, s. 3295.
[7] pozri Spider-Man. R.: Raimi S., scenár: Koepp D., USA: Columbia Pictures Corporation, Marvel Enterprises, Laura Ziskin Productions 2002, minúta: 18:25 - 18:50, minúta: 25:07.
[8] pozri R.: Raimi S., scenár: Koepp D., a. a. O. Minúta: 17:25 - 27:29.
[9] pozri R.: Raimi S., scenár: Koepp D., op. a. O. Minúta: 102: 45 - 102: 50.
[12] Kubik S.: High-Performance Fibers from Spider Silk, in: Angewandte Chemie. Medzinárodné vydanie, č. 41, s. 2721.
[15] pozri Spider-Man. R.: Raimi S., scenár: Koepp D., USA: Columbia Pictures Corporation, Marvel Enterprises, Laura Ziskin Productions 2002, minúta: 45:56 - 46:06.
[18] pozri Dubson, M./Loeblein, T. (2011): Pendulum Lab. phet.colorado.edu/sims/pendulum-lab/pendulum-lab_de.html (stav: 10.03.2016).
[22] pozri Spider-Man. R .: Raimi S., scenár: Koepp D., USA: Columbia Pictures Corporation, Marvel Enterprises, Laura Ziskin Productions 2002, minúta: 18:35.
[23] pozri R.: Raimi S., scenár: Koepp D., op. a. O. Minúta: 26:44 - 26:46.
Názov Fyzika superhrdinov Podnadpis Fyzikálne a spoločenské pojednanie Univerzita Otto-Hahn-Gymnasium, Gifhorn (IGS) Fyzikálny stupeň udalosti 14.3 Autor Lennard Fichtner (Autor) Rok 2016 Stránky 28 Katalógové číslo V343103 ISBN (eBook) 9783668332959 ISBN (kniha) 9783668332966 Veľkosť súboru 1469 KB Jazyk nemčina Poznámky Diplomová práca, ktorá má dobrú formu a obsah. Kľúčové slová Spider-Man, superhrdinovia, fyzika superhrdinov, fyzika, fitnes Cena (kniha) 14,99 € Cena (eBook) 12,99 € Citujúca práca Lennard Fichtner (autor), 2016, Physik der Superhero, Mníchov, GRIN Verlag, https: //www.grin.com/document/343103
- Zatiaľ žiadne komentáre.