Hur är Misakas järnvägspistol så destruktiv?

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

I avsnitt 1 av Railgun slutar Misakas railgun en bra bit av vad som verkar vara en pool i olympisk storlek. Senare i samma avsnitt avslöjas att hennes järnvägsvapen färdas med en hastighet av 1030 m / s.

Men siffrorna läggs inte upp.

Anta att Misaka använder 10 gram mynt. På 1030 m / s, det myntet har så mycket 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

En pool i olympisk storlek har 2 500 000 kg vatten. Baserat på bilden ovan reser den konen troligen bra 100 meter upp i luften.

Så låt oss säga till förmån för tvivel att endast 10% av vattnet lyfts 100 meter upp 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

Myntet behöver 2.45 * 10^8 Joule energi för att lyfta poolen enligt ovan. Men hennes mynt kan bara ge 5304.5 Joules. Det finns en skillnad på cirka 4 storleksordningar.

Okej ... Innan någon avfärdar detta som bara ett annat fall av anime-fysik, låt oss titta på vad mer som skulle kunna producera så mycket energi:

Spinnet på myntet fångas inte upp i nettohastigheten 1030 m / s. Men med tanke på tröghetsmomentet för ett litet mynt, skulle det behöva en enorm (relativistisk?) Mängd snurr för att bära 10^8 Joules.
Avgiften för myntet är ospecificerad i Anime. Kanske polariserar Misaka på något sätt laddningen i myntet och gör att det på något sätt släpper ut vid kontakt med målet.
Massenergin (E = mc^2) av myntet är 9 * 10^14 Joules. Är det vad hon gjorde?

Så frågan är: Finns det någon officiell förklaring till var myntet får så mycket energi? Eller får vi avfärda detta som ett annat fall av anime-fysik?

Och om någon är intresserad av chattdiskussionen om fysiken här: chat.stackexchange.com/transcript/message/7951592#7951592
FWIW, Funimation skrev ett blogginlägg, A Certain Scientific Explanation of Railguns, förra året. Tyvärr verkar den länkade PDF-filen som körde siffrorna och lampskuggade hur fel den är förlorad. IIRC, svaren här täcker redan allt det sa ändå.
@Mystical by Official menar du en rent fysikförklaring eller en kanonisk förklaring?
@Mindwin Med "Official" menar jag om studion eller någon av författarna har sagt något.

Enligt anime och manga har Mikoto en "munhastighet" på 1030 m / s:

Däremot har den amerikanska flottans järnvägsvapen en nosningshastighet på 2520 m / s (~ 5600 mph eller ~ 7,5x ljudets hastighet), med en nysenergi på 10,64 megajoules (10,64 miljoner joule). Vilket är förmodligen jämförbart med mängden energi i en medelstor bil som rör sig 250 km / h.

Jämfört har en AK-47 gevär en munstyckshastighet på 715m / s (~ 1600 mph eller ~ 2x ljudets hastighet), med en munstycksenergi på ~ 2010 joule (förutsatt att 7,62x39mm patroner används, men kan variera beroende på typen av ammunition).

Även om det inte är så imponerande statligt så långt vapen går, eftersom faktiska vapen kan uppnå hastigheter på möjligen mer än ~ 5000 m / s. Observera att Mikoto är en mellanstadium som kan skjuta åtta skott av dessa per minut, vilket är i nivå med "typiska" järnvägsvapen.

Om man antar att myntet är jämförbart med storleken och vikten på ett amerikanskt kvartal, kan man anta att myntet hon använder har en vikt på cirka fem gram. Med hjälp av denna formel kan vi få hans munkraftsenergi:

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

Så Mikoto ger lite mer skada än ett halvautomatiskt automatgevär.

Men det är inte det vi ser nu, eller hur?

Inte riktigt. Men vad kan orsaka en sådan skillnad i produktionen?

Enligt Page 1, kapitel 4 i Railgun manga, manipulerar hon elektromagnetism för att uppnå sina resultat. Detta verkar troligt eftersom om magnetfältet var tillräckligt fokuserat kunde hon teoretiskt bara accelerera myntet och / eller närliggande föremål.

Låt oss nu titta på pooltestet igen, från avsnittet om rengöring av poolen (S1, ep. 2) har vi en ungefärlig uppskattning av poolens dimensioner:

Låt oss mäta saker i termer av Kurokos höjd (~ 152cm)!

Eftersom poolen inte avsmalnar eller endera änden, kan vi anta att poolen är ungefär 14 Kurokos lång eller ~ 21,28 m (ja den verkar lite liten) och cirka 11 Kurokos bred, eller ~ 16,72 m, vid linjerna på poolgolvet och lite mindre än ~ 0,9 Kuroko, eller låt oss säga 1,36 m djup.

När det gäller det fördrivna vattnet, vi skulle kunna försök att integrera volymen på vattenplommon, förutsatt att den är halv och halv luft, hitta dess vikt etc. Men vi kommer att vara lat här och antar att 1/1000 av poolens vattenvolym sprids i luften när Mikoto skjuter hennes vapen. Poolen skulle ha en volym:

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

Eftersom "masscentrumet" vattenplommon verkar vara jämförbart är nära toppen av gymnastiksalen, kommer det att bli en ögonbedömning av dörren jämfört med byggnaden, antar att den är 10 m lång. För att beräkna den energi som behövs för att uppnå något liknande gör vi:

(Energi som krävs för att lyfta ett objekt) = (objektets massa) * (acceleration på grund av tyngdkraften) * (lyfthöjd).

I det här scenariot låt oss klippa en massa hörn och anta att all skottens energi går till att lyfta vattnet (genom vilket ignorera den energi som spenderas på att värma upp vattnet, skapa ljudet högt explosion, någon dramatisk vindeffekt), då vi ha

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

Om vi ansluter den bakåt till kinetisk energiekvation:

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

Så munstyckeshastigheten på hennes räckspruta skulle vara ~ 4368,04 m / s.

Man kan bara anta att, eftersom vi måste respektera kanonvärdet på 1030 m / s, att kanske skadorna orsakade av Mikoto-förmågan beror på hennes manipulation av elektromagnetisk orsakad när myntet rör sig genom luften eller någon annan faktor ... Men än en gång, vad vet vi om fysiken i denna värld där vetenskap och magi existerar?

@Krazer genom utseendet på det, verkar som en semi-olympisk pool, 25m x 12,5m x 1,36m

+100

Elektricitet kan flytta vattnet:

Wiki säger att Misaka kan generera 1 miljard volt.
(även om vissa källor anger 5 miljarder volt, kan det vara LÄTT )

Om hon laddar myntet skulle den snabba överföringen av laddningen från myntet till vattnet orsaka avstötning mellan myntet och det omgivande vattnet och driva vattnet bort från poolen. Chockvågorna skulle reflektera över gränserna och botten av poolen och pressa ytvattnet uppåt.

Du kan se i anime att alla sprängningar har en del sidorörelser, men den ANDRA sprängningen som visas har en mycket distinkt. sidorörelse, vilket antyder att stöten skjuter vattnet lite åt sidorna också, eftersom det elektriskt laddade vattnet rör sig bort från myntet medan myntet passerar poolen.

Frågan om avgiften försvinner är inte ett problem. Hon kan AIM-blixt, så vi kan anta att hennes elektromagnetiska krafter också kan förändra luftens nedbrytningsspänning (genom att antingen öka trycket runt myntet eller göra vakuum.

Vi måste titta på myntets kapacitans

En fjärdedels radie är 13 mm

Med en potential på 1 miljard volt är laddningen av myntet

Nu kan vi beräkna den elektriska kraften mellan det laddade myntet och det laddade vattnet, och för korthetens skull kan vi anta:

hälften av laddningen har överförts till vattnet.
väggarna och botten av poolen är helt isoleringsmedel och oförstörbar.
myntet har träffat botten när hälften av laddningen överförs.
Vattnet är 1 mm från myntet

I denna situation beräknas kraften mellan mynt och vatten med coulombs lag:

Vi kommer till Megajoule här.

Med tanke på massan på 10% poolens vatten, ger den kraften vattnet en tillfällig acceleration av:

För att lyfta vattnet 100 meter måste vi prägla vattnet med en hastighet på 44,3 m / s

Så interaktionstiden mellan mynt och vatten innan den återstående energin försvinner, vilket gör:

Krazer sa:
energi som spenderades på att värma upp vattnet, skapa ljudet hög explosion, någon dramatisk vindeffekt

Och det är

som står för

Även om du skulle ta hänsyn till laddningsspridningen, den minskande avstötningskraften mellan vattnet och andra små antaganden här, finns det mycket energi för allt.

Det finns gott om energi överallt som kan användas som du vill.

Men jag tror att detta tydligt förklarar var energin att lyfta vattnet kommer ifrån.

Dessutom, om du tar händelserna i senare avsnitt, när hon använder andra föremål än ett mynt

En jätte robotklo och senare en hel jätterobot

du kan se att mängden lagrad energi är större, och det är också den destruktiva kraften. Det är vettigt, eftersom kapaciteten hos dessa föremål är större än ett mynt.

Stort tack till Wolfram Alpha för beräkningarna och bilderna.

Fler teorier:

Elektricitet kan fortsätta att accelerera myntet även efter att det lämnat munstycket.

Om hon laddar myntet kan hon generera ytterligare en laddning av samma tecken på sig själv efter att myntet lämnar "munstycket". Så även om myntet lämnar en hastighet av 1030m / s, kunde hon påskynda det även efter det att det avfyrades. Men det är inte ens nödvändigt, för ...

Myntets snurr och en av de mest destruktiva krafterna: Harmonics.

Som vi kan se från denna wikipedia-graf ökar energiöverföringen dramatiskt när maximal resonans (1: 1) har uppnåtts. Wind Harmonics räcker för att förstöra en bro genom att flytta den som en violinsträng. Om hon kan snurra myntet så att dess frekvens passar perfekt till poolens harmoniska frekvens, kan massiv energi överföras.

Jag märkte bara att vattnet skulle ta 9 sekunder att gå upp 100 meter vid 44,3 m / s. Eftersom sprängningen bara tar några bildrutor kan vi anta att kontakttiden är lite LÄNGRE än 5 ms, och det uppåtgående vattnet tunnar / förångas bara efter att ha träffat 100 m
Poolen är bara ett exempel, vi ser henne ofta stanna och spränga bilar i luften, producera tillräckligt med värme för att smälta två metallstänger i rad och lämna en djup rep på jorden den reste över, även utan direkt kontakt. Det verkar som om det finns en annan energi förutom myntets rena hastighet.
För att inte tala om att i Railgun-serien visade hon att hon kan driva andra föremål än ett mynt (nämligen en gigantisk robotarm och en hel satellit) till liknande hastigheter.

Även om det var subjektivt var det mitt starka intryck från början att projektilkomponenten är indirekt (och möjligen gränsrelevant) för hennes förmåga.

Hon kan producera mycket av energi
Energin går dit projektilen går
Det är dock inte fastställt att projektilen bär energin

Projektilen kan bara vara en fyr eller fokus typ av komponent, möjligen rent psykologisk (med teknik som är motsatt av att bara slumpmässigt skjuta ut skurar av okontrollerad el).

Jag kommer ihåg att hon sköt stor projektil i senare avsnitt, men spekulationen ovan kan fortfarande gälla.

+1, detta är en bra förklaring IMO. Det kan ha funnits en scen där människor hittar ett mynt av henne, men jag minns att många avfyringar av hennes pistol hade myntet blivit en stråle, jag antar att det smälter under processen (om det finns något kvar av det alls).
1 Ett sätt att verifiera detta är att se om hon någonsin använder något icke-metall som projektilen. Om hennes Railgun faktiskt är en Railgun i vetenskaplig mening, skulle den behöva agera på något som kan påskyndas med elektromagnetism, så en metall av något slag. Om hon kan använda icke-metalliska föremål är det egentligen inte en järnvägspistol och denna förklaring skulle vara mycket övertygande.

Jag hävdar att det är ett fall av Anime Physics genom att motbevisa de alternativa möjligheter som du föreslog.

Du har rätt - att bära en sådan mängd energi som tröghetsmoment är omöjligt. Till och med Misakas supermakter är en värld borta från relativistiska hastigheter.
Energin kan inte lagras som laddning i myntet, eftersom den skulle försvinna som "blixt".
Energin kunde inte ha kommit från massenergi. Förutom den resulterande dödliga strålningen, skulle frigöra massaenergi utan att använda antimateria innebära att kärnenergi frigörs. Kärnenergi kan bara släppas ut under extremt tryck (kärnreaktioner i bomber initieras genom att komprimera uran med explosionen av en mindre bomb). Om någon kunde hitta ett exempel på att Misaka hittade sitt mynt efter att hon sköt det, kommer det klart att motbevisa massenergiorgumentet.

Slutligen bevisade Mythbusters i denna video att ett mynt som färdas med 3 gånger ljudets hastighet (runt en kuls hastighet) bara tappar betong.

Det är också värt att notera att (i den mån jag minns) de 'psykiska' krafterna av typen Misaka löst bygger på den ständigt populära, fantastiska, dubbeltolkningen av Schr dinger's-cat-tankeexperimentet: den uppfattningen påverkar verkligheten och därmed ändra uppfattningen på rätt sätt bör förändra verkligheten. (Eller något liknande. Det fanns teknobabbling, men det verkade vara kärnan i det.)

Således skulle en alternativ men mindre intressant förklaring av de oproportionerliga effekterna av hennes pistol vara något i stil med: Misakas egen uppfattning om hur kraftfull railgun borde vara är fel, vilket resulterar i överdrivna effekter.

Ni glömmer alla det grundläggande faktumet att 1030 m / s-mätningen gjordes medan man sköt i vatten. Effekterna av drag på myntet som skjuts i vatten är mycket större i storlek än effekterna av drag medan de skjuts genom luften. Luft är nästan tusen gånger mindre tät än vatten. Om vi utför ekvationen för drag kommer vi med en kraftstorlek på myntet 18 466 Newton. [18466 = .5 * 1000kg / m ^ 3 * (1030m / s) ^ 2 * .82 * 0.000042455m ^ 2]

.82 är dragkoefficienten för en lång cylinder som ett arkadmynt, 1000 kg / m ^ 3 är vattentätheten och .000042455m ^ 2 är tvärsnittsarean för myntet.

om vi utför ekvationen i omvänd ordning för att ta reda på myntets hastighet i luft, sitter vi kvar med en hastighet på 29 428 m / s.

Låter helvete mer som en ordentlig järnvägspistol, eller hur?

'A Certain Magical Index' har 50 udda lätta romaner, 13 volymer manga, 2 säsonger anime, en film och ett par videospel.

'A Certain Scientific Railgun' har 2 lätta romaner, 11 volymer manga, 2 årstider med anime, en OVA och ett eget videospel.

I ingen av dessa källor (som jag ändå kan minnas) antyds Misakas järnvägstrick att vara något annat än ett arkadtecken (inte ett mynt, varför det till och med är järnhaltigt till att börja med) som reser tre gånger ljudets hastighet.

Och det finns en annan konstig egenskap för järnvägsvapenattacken - Touma, pojken med den anti-magiska näven, kan fånga den. (Som framgår av kapitel 7, volym 1 i Railgun manga.)

Eftersom Touma kan skingra det betyder det att det fortfarande finns något övernaturligt med myntet, även när det smälter. Den övernaturliga egenskapen kommer att vara anledningen till att den har en tryckkraft långt över vad den borde ha endast på momentum.

Jag har inga bevis för min nästa punkt, men jag tror att Misakas magnetfält helt enkelt fortsätter att skjuta myntet väl efter att det lämnat hennes hand. Det skulle förklara båda konstigheter snyggt.

Låt oss inte glömma i avsnittet att hon gjorde robotarmen hon gjorde så för att personen satt utanför hennes mynt. I slutet av strålen var det helt enkelt inget mynt kvar. Hon förklarade när hon blockerade, fångade och avfyrade armen att det finns en anledning till att hon vanligtvis använder mynt.

Jag misstänker att flera faktorer kombinerar för att bidra till hennes destruktiva potential inklusive hennes utsedda badass-status, fortsatt acceleration, tröghet, snurr, hypersonisk chockvåg och eventuell omvandling av materia till plasma.

Kom ihåg att hon förmodligen också avled energi för att bekämpa rekyl och andra destruktiva aspekter av att skjuta järnvägspistolen. Den avskärmningen är tillräcklig för att stoppa riktade multipla kärnkraftsblästringar som snabbt kan smälta genom betong och stål trots att Misaka var utmattad vid den tiden. Jag är säker på att detta kan vara tillräckligt med energi och orsaka sekundär acceleration.

Det är ett fall av anime-fysik som andra affischer har antydt till men inte din genomsnittliga anime-fysik, det sägs i vissa delar av manga och syster-seriens index att sättet som esper-krafter fungerar är att manipulera ett verklighetsvridande fält för att passa deras krafter. därför fungerar misakas järnvägspistol eftersom den har tillräcklig verklighetsvridande energi och matematik bakom sig