En quoi le canon de Misaka est-il si destructeur?

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

Dans l'épisode 1 de Railgun, le railgun de Misaka bouleverse une bonne partie de ce qui semble être une piscine de taille olympique. Plus tard dans le même épisode, il est révélé que son canon se déplace à une vitesse de 1030 m / s.

Cependant, les chiffres ne s'additionnent pas.

Supposons que Misaka utilise des pièces de 10 grammes. À 1030 m / s, cette pièce a autant d'énergie:

Energy = 1/2 m v^2 = 1/2 (0.01 kg) (1030 m/s)^2 = 5304.5 kg (m/s)^2 = 5304.5 Joules

Une piscine de taille olympique contient 2 500 000 kg d'eau. Sur la base de l'image ci-dessus, ce cône parcourt probablement 100 mètres dans les airs.

Disons donc pour le bénéfice du doute, que seulement 10% de l'eau est soulevée à 100 mètres dans les airs.

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

La pièce a besoin 2.45 * 10^8 Joules d'énergie pour surélever la piscine comme indiqué ci-dessus. Mais sa pièce ne peut que fournir 5304.5 Joules. Il y a une différence d'environ 4 ordres de grandeur.

D'accord ... Avant que quiconque ne rejette cela comme un autre cas de physique d'Anime, regardons ce qui pourrait produire autant d'énergie:

La rotation de la pièce n'est pas capturée à la vitesse nette de 1030 m / s. Mais étant donné le moment d'inertie d'une petite pièce, il faudrait une énorme (relativiste?) 10^8 Joules.
La charge de la pièce n'est pas spécifiée dans l'Anime. Peut-être que Misaka polarise en quelque sorte la charge de la pièce et la libère d'une manière ou d'une autre au contact de la cible.
La masse-énergie (E = mc^2) de la pièce est 9 * 10^14 Joules. Est-ce ce qu'elle a fait?

La question est donc la suivante: y a-t-il une explication officielle pour savoir où la pièce obtient autant d'énergie? Ou devons-nous rejeter cela comme un autre cas de physique Anime?

Et si quelqu'un est intéressé par la discussion de chat sur la physique ici: chat.stackexchange.com/transcript/message/7951592#7951592
FWIW, Funimation a écrit un article de blog, A Certain Scientific Explanation of Railguns, l'année dernière. Malheureusement, le fichier PDF lié qui exécutait les chiffres et omettait à quel point il était erroné semble avoir été perdu. IIRC, les réponses ici couvrent déjà tout ce qu'il a dit de toute façon.
@Mystical by Official voulez-vous dire une explication purement physique ou une explication canonique?
@Mindwin Par "Officiel", je veux dire si le studio ou l'un des auteurs a dit quelque chose.

Selon l'anime et le manga, Mikoto a une "vitesse initiale" de 1030 m / s:

En revanche, le railgun de l'US Navy a une vitesse initiale de 2520 m / s (~ 5600 mph ou ~ 7,5x la vitesse du son), avec une énergie initiale de 10,64 mégajoules (10,64 millions de joules). Ce qui est probablement comparable à la quantité d'énergie dans une voiture de taille moyenne roulant à 250 mph.

Comparativement, le fusil AK-47 a une vitesse initiale de 715 m / s (~ 1600 mph ou ~ 2x la vitesse du son), avec une énergie initiale de ~ 2010 joules (en supposant que des cartouches de 7,62x39 mm soient utilisées, mais peut varier en fonction de le type de munition).

Bien que pas très impressionnant en termes de statistiques en ce qui concerne les canons à rail, puisque les vrais canons à rail sont capables d'atteindre des vitesses de peut-être plus de ~ 5000 m / s. Notez que Mikoto est un collégien qui peut tirer huit coups de feu par minute, ce qui est à égalité avec les fusils à rail "typiques".

En supposant que la pièce soit comparable à la taille et au poids d'un quart américain, on peut supposer que la pièce qu'elle utilise a un poids d'environ cinq grammes. En utilisant cette formule, nous pouvons obtenir l'énergie du museau:

Énergie = 0,5 * (masse) (vitesse)² = 0,5 * (0,005 kg) (1030 m / s)² = ~ 2652,25 joules

Donc, Mikoto produit un peu plus de dégâts qu'un fusil d'assaut semi-automatique.

Mais ce n'est pas ce que nous voyons maintenant, n'est-ce pas?

Pas assez. Mais qu'est-ce qui pourrait causer une telle différence de rendement?

Selon la page 1, chapitre 4 du manga Railgun, elle manipule l'électromagnétisme pour obtenir ses résultats. Cela semble plausible puisque si le champ magnétique était suffisamment focalisé, elle ne pourrait théoriquement accélérer que la pièce et / ou les objets proches.

Revenons maintenant au test de la piscine, à partir de l'épisode de nettoyage de la piscine (S1, ép.2), nous avons une estimation approximative des dimensions de la piscine:

Permet de mesurer les choses en fonction de la hauteur de Kuroko (~ 152 cm)!

Voyant que la piscine ne se rétrécit pas ou ne se termine pas, supposons que la piscine mesure environ 14 Kurokos de long ou ~ 21,28 m (oui, cela semble un peu petit), et environ 11 Kurokos de large, soit ~ 16,72 m, par les lignes sur le fond de la piscine et un peu moins de ~ 0,9 Kuroko, soit 1,36 m de profondeur.

Quant à l'eau déplacée, nous pouvait essayer d'intégrer le volume du panache d'eau, en supposant que c'est moitié-moitié d'air, trouver son poids, etc. Mais nous serons paresseux ici et supposerons que 1 / 1000ème du volume d'eau de la piscine a été dispersé dans l'air lorsque Mikoto tire son canon. La piscine aurait un volume:

Volume = (1,36 m) * (21,28 m) * (16,72 m) = ~ 486,73 m³ de l'eau

Puisque le "centre de masse" le panache d'eau semble être comparable près du haut du bâtiment de type gymnase, une estimation visuelle de la porte par rapport au bâtiment laisse supposer qu'elle mesure 10 m de haut. Afin de calculer l'énergie nécessaire pour réaliser quelque chose comme ça, nous faisons:

(Énergie nécessaire pour soulever un objet) = (masse de l'objet) * (accélération due à la gravité) * (altitude de levage).

Dans ce scénario, coupons un tas de coins et supposons que toute l'énergie du tir va dans le soulèvement de l'eau (par laquelle ignorer l'énergie dépensée pour réchauffer l'eau, créant les sons forte explosion, tout effet de vent dramatique), alors nous ont

Énergie = (1/1000) * (~ 486,73 m³) * (1 000 kg / m³ eau) * (9,8 m / s²) * (10 m) = ~ 47699,54 joules

Si nous le branchons à l'envers dans l'équation d'énergie cinétique:

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

La vitesse initiale de son canon serait donc de ~ 4368,04 m / s.

On ne peut que supposer que, puisque nous devons respecter la valeur canon de 1030 m / s, que peut-être les dommages causés par la capacité de Mikoto sont-ils dus à sa manipulation de l'électromagnétique causée lorsque la pièce se déplace dans l'air ou à un autre facteur ... Mais là encore, que savons-nous de la physique de ce monde où la science et la magie coexistent?

@Krazer par son apparence, ressemble à une piscine semi-olympique, 25m x 12,5m x 1,36m

+100

L'électricité peut déplacer l'eau:

Le wiki dit que Misaka peut générer 1 milliard de volts.
(même si certaines sources indiquent 5 milliards de volts, soyons MODESTES )

Si elle charge la pièce, le transfert rapide de la charge de la pièce à l'eau provoquerait une répulsion entre la pièce et l'eau environnante, propulsant l'eau loin de la piscine. Les ondes de choc se refléteraient sur les bordures et le fond de la piscine, poussant l'eau de surface vers le haut.

Vous pouvez voir dans l'anime que toutes les explosions ont des mouvements latéraux, mais la SECONDE explosion affichée a un caractère très distinctif. mouvement latéral, laissant entendre que l'impact pousse également un peu l'eau sur les côtés, car l'eau chargée électriquement s'éloigne de la pièce tandis que la pièce traverse la piscine.

La question de la dissipation de la charge n'est pas un problème. Elle peut viser la foudre, nous pouvons donc supposer que ses pouvoirs électromagnétiques peuvent également modifier la tension de claquage de l'air autour de la pièce (en augmentant la pression autour de la pièce ou en faisant du vide.

Nous devons regarder la capacité de la pièce

Le rayon d'un quart est de 13 mm

Avec un potentiel de 1 milliard de volts, la charge de la pièce est

Maintenant, nous pouvons calculer la force électrique entre la pièce chargée et l'eau chargée, et par souci de brièveté, supposons:

la moitié de la charge a été transférée à l'eau.
les murs et le fond de la piscine sont totalement isolant et indestructible.
la pièce a touché le fond une fois que la moitié de la charge est transférée.
L'eau est à 1 mm de la pièce

Dans cette situation, la force entre la pièce et l'eau est calculée avec la loi de Coulomb:

Nous arrivons au mégajoule ici.

Compte tenu de la masse de 10% de l'eau de la piscine, cette force donne à l'eau une accélération momentanée de:

Maintenant, pour soulever l'eau de 100 mètres, nous devons imprimer l'eau à une vitesse de 44,3 m / s

Ainsi, le temps d'interaction entre la pièce et l'eau avant que l'énergie restante ne se dissipe, faisant:

Krazer a déclaré:
énergie dépensée pour réchauffer l'eau, créant une explosion sonore, tout effet de vent dramatique

Et c'est

qui représente

Même si vous deviez prendre en compte la dissipation des charges, la diminution de la force de répulsion entre l'eau et d'autres petites hypothèses ici, il y a beaucoup d'énergie pour tout.

Il y a beaucoup d'énergie partout à utiliser comme vous le souhaitez.

Mais je pense que cela explique clairement d'où vient l'énergie pour soulever l'eau.

Aussi, si vous prenez les événements des épisodes ultérieurs, lorsqu'elle utilise d'autres objets qu'une pièce de monnaie

Une griffe de robot géante et plus tard tout un robot géant

vous pouvez voir que la quantité d'énergie stockée est plus grande, tout comme le pouvoir destructeur. Cela a du sens, car la capacité de ces objets est supérieure à celle d'une pièce de monnaie.

Un grand merci à Wolfram Alpha pour les calculs et les images.

Plus de théories:

L'électricité peut continuer à accélérer la pièce même après avoir quitté le "museau".

Si elle charge la pièce, elle peut générer une autre charge du même signe sur elle-même après que la pièce quitte le "museau". Ainsi, même si la pièce part à une vitesse de 1030 m / s, elle pourrait l'accélérer même après avoir été tirée. Mais ce n'est même pas nécessaire, car ...

Le spin de la pièce et l'une des forces les plus destructrices: les harmoniques.

Comme nous pouvons le voir sur ce graphique wikipedia, une fois que la résonance maximale (1: 1) est atteinte, le transfert d'énergie augmente considérablement. Les harmoniques du vent suffisent à détruire un pont en le déplaçant comme une corde de violon. Si elle peut faire tourner la pièce pour que sa fréquence corresponde parfaitement à la fréquence harmonique de la piscine, une énergie massive pourrait être transférée.

Je viens de remarquer que l'eau mettrait 9 secondes à monter de 100 mètres à 44,3 m / s. Comme l'explosion ne prend que quelques images, nous pouvons supposer que le temps de contact est un peu PLUS LONG QUE 5 ms et que l'eau ascendante s'amincit / s'évapore juste après avoir atteint 100 m.
Eh bien, la piscine n'est qu'un exemple, nous la voyons souvent s'arrêter et faire exploser des voitures en l'air, produire suffisamment de chaleur pour faire fondre deux barres métalliques consécutives et laisser une profonde égratignure sur la terre sur laquelle elle a voyagé, même sans contact direct. Il semblerait qu'il y ait une autre énergie en dehors de la vitesse pure de la pièce.
Sans oublier non plus que dans la série Railgun, elle a montré qu'elle pouvait propulser des objets autres qu'une pièce de monnaie (à savoir, un bras de robot géant et un satellite entier) à des vitesses similaires.

Bien que subjective, j'ai eu la forte impression dès le départ que la composante du projectile est indirecte (et peut-être à la limite de sa capacité).

Elle peut produire beaucoup d'énergie
L'énergie va là où le projectile va
Cependant, il n'est pas établi que le projectile porte l'énergie

Le projectile peut être juste une balise ou un type de composant de focalisation, peut-être purement psychologique (la technique étant à l'opposé de la projection aléatoire de rafales d'électricité incontrôlées).

Je me souviens qu'elle a tiré un gros projectile dans des épisodes ultérieurs, cependant, les spéculations ci-dessus pourraient toujours s'appliquer.

+1, c'est une excellente explication de l'OMI. Il y a peut-être eu une scène où les gens trouvent une de ses pièces, mais je me souviens que de nombreux tirs de son fusil à rail avaient fait de la pièce une poutre, je suppose qu'elle fondre dans le processus (s'il en reste quelque chose).
Une façon de vérifier cela serait de voir si elle utilise jamais quelque chose de non métallique comme projectile. Si son Railgun est en fait un Railgun au sens scientifique du terme, il devrait agir sur quelque chose qui peut être accéléré par l'électromagnétisme, donc un métal quelconque. Si elle peut utiliser des objets non métalliques, alors ce n'est pas vraiment un canon et cette explication serait très convaincante.

Je soutiens qu'il s'agit d'un cas de physique de l'anime en réfutant les possibilités alternatives que vous avez suggérées.

Vous avez raison - transporter une telle quantité d'énergie qu'un moment d'inertie est impossible. Même les superpuissances de Misaka sont un monde loin des vitesses relativistes.
L'énergie ne peut pas être stockée sous forme de charge dans la pièce, car elle continuerait à se dissiper sous forme de "foudre".
L'énergie ne pouvait pas provenir de l'énergie de masse. Outre le rayonnement mortel qui en résulte, libérer de l'énergie de masse sans utiliser d'antimatière signifierait libérer de l'énergie nucléaire. L'énergie nucléaire ne peut être libérée que sous une pression extrême (les réactions nucléaires dans les bombes sont initiées en comprimant l'uranium avec l'explosion d'une bombe plus petite). Si quelqu'un pouvait trouver un exemple de Misaka trouvant sa pièce après l'avoir tirée, cela réfutera clairement l'argument de l'énergie de masse.

Enfin, les Mythbusters ont prouvé dans cette vidéo qu'une pièce voyageant à 3 fois la vitesse du son (autour de la vitesse d'une balle) ne fait que bosseler le béton.

Il convient également de noter que (pour autant que je me souvienne) les pouvoirs `` psychiques '' du type de Misaka sont vaguement basés sur la double interprétation toujours populaire, fantastique et erronée de l'expérience de pensée du chat de Schrödinger: cette perception influence la réalité, et donc modifier la perception de la manière correcte devrait modifier la réalité. (Ou quelque chose comme ça. Il y avait du techno-babillage environnant, mais cela semblait être l'essentiel.)

Ainsi, une explication alternative, quoique moins intéressante, des effets disproportionnés de son canon à rail serait quelque chose du genre: La propre perception de Misaka de la puissance du canon est fausse, entraînant des effets exagérés.

Vous oubliez tous le fait fondamental que la mesure à 1030 m / s a été prise en tirant dans l'eau. Les effets de la traînée sur la pièce tirée dans l'eau sont bien plus importants que les effets de la traînée tirée dans les airs. L'air est presque mille fois moins dense que l'eau. Si nous effectuons l'équation de la traînée, nous arrivons à une magnitude de force sur la pièce de 18 466 Newtons. [18466 = 0,5 * 1 000 kg / m ^ 3 * (1 030 m / s) ^ 2 * 0,82 * 0,000042455 m ^ 2]

.82 est le coefficient de traînée pour un long cylindre comme une pièce d'arcade, 1000kg / m ^ 3 est la densité de l'eau, et .000042455m ^ 2 est la section transversale de la pièce tirée.

si nous effectuons l'équation à l'envers pour connaître la vitesse de la pièce dans l'air, nous nous retrouvons avec une vitesse de 29 428 m / s.

Cela ressemble beaucoup plus à un vrai canon sur rail, n'est-ce pas?

«A Certain Magical Index» a 50 romans légers étranges, 13 volumes de manga, 2 saisons d'anime, un film et quelques jeux vidéo.

«A Certain Scientific Railgun» a 2 romans légers, 11 volumes de manga, 2 saisons d'anime, un OVA et un jeu vidéo qui lui est propre.

Dans aucune de ces sources (dont je me souviens, de toute façon), le truc du railgun de Misaka n'implique rien d'autre qu'un jeton d'arcade (pas une pièce de monnaie, c'est pourquoi il est même ferreux pour commencer) voyageant trois fois la vitesse du son.

Et il y a une autre propriété étrange de l'attaque du railgun - Touma, le garçon avec le poing anti-magique, peut l'attraper. (Comme on le voit au chapitre 7, volume 1 du manga Railgun.)

Puisque Touma peut le dissiper, cela signifie qu'il y a encore quelque chose de surnaturel à propos de la pièce, même pendant qu'elle fond. Cette propriété surnaturelle sera la raison pour laquelle il a une force de poussée bien au-dessus de ce qu'il devrait avoir sur l'élan seul.

Je n'ai aucune preuve pour mon prochain point, mais je crois que le champ magnétique de Misaka continue simplement à pousser la pièce bien après qu'elle ait quitté sa main. Cela expliquerait bien les deux bizarreries.

N'oublions pas dans l'épisode qu'elle a fait le bras de robot qu'elle a fait parce que la personne était assise en dehors de la portée de ses pièces. Au bout du faisceau, il n'y avait tout simplement plus de pièce de monnaie. Elle a expliqué en bloquant, attrapant et tirant ledit bras qu'il y avait une raison pour laquelle elle utilise habituellement des pièces de monnaie.

Je soupçonne que plusieurs facteurs se combinent pour contribuer à son potentiel destructeur, notamment son statut de badass désigné, son accélération continue, son inertie, son spin, son onde de choc hypersonique et sa possible conversion de matière en plasma.

N'oubliez pas qu'elle détourne probablement son énergie pour lutter contre le recul et d'autres aspects destructeurs du tir du canon. Ce blindage est suffisant pour arrêter de multiples explosions nucléaires dirigées capables de fondre rapidement à travers le béton et l'acier bien que Misaka soit épuisé à l'époque. Je suis sûr que cela pourrait être une énergie suffisante pour provoquer une accélération secondaire.

C'est un cas de physique d'anime comme d'autres affiches l'ont fait allusion, mais pas votre physique d'anime moyenne, il est dit dans certaines parties du manga et de l'index de la série soeur que la façon dont les pouvoirs esper fonctionnent consiste à manipuler un champ de déformation de la réalité pour s'adapter au style de leurs pouvoirs. donc le railgun de misaka fonctionne parce qu'il a suffisamment d'énergie de déformation de la réalité et de mathématiques derrière lui