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杰森·马丁内斯

活套:关于时间、能量和功率的问题

2012年10月2日-
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上周末,活套上映后,《时间旅行》又回到了大银幕上。但关于它所描绘的世界的科学,有很多问题可以问。我们将在途中访问一些次要的剧透,所以您可能想等到看电影后再阅读此帖子。除了时间旅行,活套描述了广泛的太阳能和几乎无处不在的遥控。Wolfram | Alpha能告诉我们关于电影的这方面和其他方面的什么?

让我们从时间旅行开始。布鲁斯·威利斯,饰演老版本的主角乔,对科幻小说并不陌生(尤其是电影中的时间旅行12只猴子证明)。Wolfram|Alpha可以给我们提供很多时间旅行小说的细节,来自小说时间机器去看电影底漆,其主管参与了活套它还可以通过以下形式告诉我们真实(向前)时间旅行时间膨胀包括以接近光速的速度移动。

我们在流行文化中看到了许多不同版本的时间旅行,比如塔迪斯精神转移,如量子飞跃。中使用的方法活套这是一种直接的远程传送,来自未来的人突然出现在玉米地的中央。在这方面,它类似于终结者系列(配上未来的刺客)……除了可以选择衣服。但是一个人大小的物体突然出现意味着什么呢?

首先,质量需要来自某个地方。物理学告诉我们能量必须守恒。由于质量是由能量组成的,我们可以得出这样的结论《星际迷航》宇宙的传送机,在这里一个人被分解成能量,然后在其他地方重建(或者在这种情况下,在其他地方)。那么,一个人有多少能量?

Wolfram|Alpha告诉我们平均人体质量是70公斤相对论总能量70公斤6.291 x 10^18焦耳这相当于1500兆吨TNT或美国年总发电量的47%(截至2001年)。通过比较,沙皇炸弹这是有史以来最大的核爆炸装置,只有5800万吨TNT。很明显,我们希望乔能如期抵达,而不是世界上最大的核爆炸。甚至是一个20兆吨级核爆炸爆炸半径将杀死半径4.6英里内的一切,摧毁12英里内的建筑:

20兆吨级核爆爆炸半径

当然,他不必成为纯能量。如果他的原子只是飞离了呢?嗯,这个人体内的原子数约为7 x 10^27,或11624摩尔。假设结合能为碳氢键强度或411千焦耳每摩尔,我们发现如果能量立即释放,将是4.777千兆焦耳,或1.142吨TNT的能量。所以只有玉米田被摧毁了。

相比之下,回到未来的磁通电容器功率要求相对适度:121千兆瓦,相当于发射航天飞机所需能量的1/10。

离开科幻小说,我们可能会问,乔这个主要角色的老版本和年轻版本相比如何。我们可以比较扮演他们的演员-约瑟夫·戈登·列维特对布鲁斯·威利斯-看看他们彼此和角色的相似程度。从这里我们可以看到,布鲁斯·威利斯实际上比约瑟夫·戈登·列维特大26岁左右,这与电影中显示的30年差距很相似。当然,扮演年纪较大的乔的布鲁斯·威利斯也高了约5厘米,或约2英寸,这是电影试图掩盖的:

约瑟夫·戈登·列维特对布鲁斯·威利斯

让我印象深刻的一件事是电影中广泛使用太阳能。2044年,似乎所有的家庭和汽车都覆盖了太阳能电池板。但是从阳光中可以提取多少能量呢?嗯,这个平均太阳辐照度为340.2 W/m^2。汽车的表面积可能变化很大,但我们可以假设平均覆盖面积至少为5英尺乘12英尺。340.2 W/m^2乘以5英尺乘12英尺为1896.3瓦,约2.543马力。显然,太阳能目前还不打算取代汽油。

这部电影早期引入的另一个有趣的特点是广泛的遥动思想。据确定,10%的人口有轻微的遥控能力,足以举起四分之一的物体并以适度的速度移动。

那么,这需要多少能量,如果10%的人类能够做到这一点,他们能产生多少能量?在这部电影中,(大多数)遥动技术似乎只能将一个小物体举起几英寸。同样,我们举的主要例子是一个四分之一在一个人的手上绕一个小圈移动。

现在,功率是功除以时间。在这种情况下,我们可以根据将物体提升到给定高度所需的时间以及物体的重量来计算。这个四分之一的质量5.7克重量是质量乘以重力。这个重量6.7克为0.0559牛顿。在电影中,看起来大多数遥动技术只能将物体提升到大约两英寸左右的最大高度。所需时间没有清楚显示,但考虑到物体悬停时的移动速度,以及电影中物体(具有更强大的遥动功能)在上升或漂浮时移动速度相同的总体趋势,我估计可能需要一秒钟。

0.0559牛顿乘以2英寸除以1秒功率为2.84毫瓦。不是很多。但10%的人口拥有这种权力。现在,2044年的人口还不清楚,但目前的预测表明,下个世纪世界人口将增加到100亿。所以我认为我们可以放心地猜测,至少有7亿遥动学。这就产生了1.988兆瓦,足以为331至663个美国家庭供电:

1.988兆瓦

这是相当薄弱的。相比之下,如果你是劈柴,你每磅小时消耗2.9卡路里。所以砍一磅木头2.9每小时膳食热量或3.37瓦或一千倍以上的能量。

现在是更大的破坏者。

还有更强大的遥动技术。一个人能够以更快的速度和准确度移动打火机(通常重2.4盎司),让我们估计速度是其3倍。2.4盎司x地球重力x 2英寸/0.3333秒为0.102瓦。确实更好,但不足以改变世界。

当然,这就是世界上的事情活套正如乔所解释的那样,他们原以为自己会成为超级英雄,但结果却成了这样。但是像这样的电影活套没有理由就不会引入心灵力量。有一个更强大的遥动机器人出现了:Rainmaker。

现在,Rainmaker在电影中完成了不少令人印象深刻的遥动壮举,比如翻转一辆皮卡车和搬起一屋子家具。在捡拾器的情况下,它被提升到空中,前保险杠刚好位于地面上方。皮卡车本身装有补给和2名乘客。我们可以估计卡车的质量至少为2.5吨。翻转速度相当快,只需2秒钟。假设卡车大约有20英尺长,这意味着我们需要把它抬高10英尺。2.5吨x地球重力x 10英尺/2秒产量34千瓦。这足以为多达11户家庭供电。如果10%的人口拥有这种水平的电力,我们就能轻松解决任何能源问题。

在电影中,尚不清楚Rainmaker能否维持这种水平的力量。然而,在电影的早些时候,他举起了一间满是家具的房间(包括几张小桌子、几把椅子、一张沙发和一个不幸的住户)。我估计房间里的东西大概有1000磅重。他们在大约一秒钟内举起一米,然后在被摧毁前保持几秒钟。1000磅x地球重力x 1米/1秒产量为4.448千瓦。仍足以为一所房子供电,但不足以使其成为为地球供电的实用设备。

因此,遥控作为一种电源的可行性取决于Rainmaker能否维持这种功率水平,以及我们是否希望将一个潜在的遥控精神病患者世界作为一家公用事业公司。

2评论

喜欢你们对电影的分析。

发布者迪伦·科尔曼2012年10月5日12:31

关于气体回收器的任何想法汽车上可能的气化炉转换

发布者牛肉2013年1月22日12:02 pm