Wie schnell ist der X-Men-Charakter Quecksilber, auch bekannt als Peter Maximoff (und Sohn von Magneto)? Dies wäre ein beliebtes Diskussionsthema in der Comic—Bar – wenn es eine Comic-Bar gäbe. Es gibt eine solche Bar, ich muss gehen.
Wir können diese Frage beantworten, beginnend mit einer Szene aus dem Film X-Men: Apocalypse aus dem Jahr 2016. Darin kommt Quicksilver in Xaviers Schule für begabte Jugendliche (the X-Men Mansion) an. Gerade als er dort ankommt, merkt er, dass es gerade in die Luft geht. Das heißt, es liegt an Peter, alle zu retten. Er unternimmt mehrere Ausflüge in die und aus der Villa, um die Schüler in Sicherheit zu bringen. Und hier werde ich seine Geschwindigkeit schätzen.
Präemptiver Kommentar. Ja, ich weiß, es ist nur ein Film. Ja, ich weiß, es ist nicht real. Ist mir egal. So zeige ich meine Wertschätzung für Superheldenfilme, indem ich die Physikbewegungen herausziehe. Genau das mache ich.
Geschwindigkeit berechnen
Angenommen, ich laufe über den Hof, berühre einen Baum und komme dann dorthin zurück, wo ich angefangen habe. Wenn ich die benötigte Zeit und die Gesamtstrecke kenne, kann ich die Durchschnittsgeschwindigkeit wie folgt berechnen:
Das scheint einfach zu sein, aber ich muss darauf hinweisen, dass dies die Durchschnittsgeschwindigkeit ist. Das erhalten Sie, wenn Sie die zurückgelegte Strecke (Δs) durch die benötigte Zeit (Δt) teilen. Verwechseln Sie dies nicht mit der Durchschnittsgeschwindigkeit. Wenn wir durchschnittliche Geschwindigkeit sagen, sprechen wir normalerweise von der Vektorgeschwindigkeit. Dies hängt von der Start- und Endposition der Bewegung ab. Wenn ich zum Baum und zurück renne, wäre meine durchschnittliche Geschwindigkeit der Nullvektor.
Jetzt muss ich nur noch die Entfernung und die Zeit schätzen und Boom — ich habe die durchschnittliche Quecksilbergeschwindigkeit. Das klingt natürlich einfach, aber es gibt einige Probleme. Ich werde einige Dinge schätzen müssen. Zum Beispiel:
- Die Gesamtzeit, die Quicksilver benötigt, um all diese Menschen zu retten.
- Die Anzahl der Fahrten, die er in und aus der X-Men-Villa macht.
- Der Prozentsatz der Zeit, die er rennt, verglichen mit der Zeit, die er damit verbringt, nur dumme Gesten zu machen und mit Sachen zu spielen.
Beginnen wir mit der einfachsten Schätzung — der Zeit. Quicksilver scheint die Explosion (irgendwie) zu bemerken, als sie in der Villa beginnt. Ich habe keine Ahnung, woher er weiß, dass es explodiert ist. Er kann es unmöglich hören, weil der Ton mit der Schockwelle reisen würde. Außerdem kann er die Explosion nicht sehen, da sie sich in der Villa befindet. Na ja. Ich denke, es spielt keine Rolle. Aber immer noch — die Gesamtzeit muss die Zeit sein, die die Schockwelle von der Explosion benötigt, um sich auf den Außenhof auszudehnen. So viel Zeit hat Quicksilver, um alle rauszuholen.
Also, wie schnell ist eine Explosion? Natürlich ist dies keine gewöhnliche Explosion. Es ist irgendwie mit seinem Erzfeind Apocalypse verbunden – es ist kein konventioneller Sprengstoff auf chemischer Basis. Aber trotzdem ist das ein guter Anfang. Die Geschwindigkeit einer expandierenden Stoßwelle wird als Detonationsgeschwindigkeit bezeichnet. Glücklicherweise hat Wikipedia eine Tabelle mit Detonationsgeschwindigkeiten.
Die langsamste Detonationsgeschwindigkeit stammt von Ammoniumnitrat mit einer Geschwindigkeit von 2700 m / s und die höchste (DDF) liegt bei etwa 10.000 m / s. Um diesem Geschwindigkeitsbereich gerecht zu werden, verwende ich eine Detonationsgeschwindigkeit von 6000 +/- 3000 meter pro Sekunde. Das „+/-“ bedeutet „Plus oder Minus“, um den Unsicherheitsbereich anzuzeigen. Ich werde dies für alle meine Schätzungen verwenden.
Jetzt brauche ich den Explosionsabstand. Lassen Sie mich dies dy (für Entfernung zum Hof) nennen. Ich habe keine Ahnung, wo dieses Herrenhaus ist, also werde ich nur raten, wie weit es entfernt ist 100 +/- 50 meter. Nur um klar zu sein, mit dieser Notation bedeutet das, dass die tatsächliche Yard-Entfernung irgendwo zwischen 50 Metern und 150 Metern liegt. Ich kann diese beiden Schätzungen zusammenstellen, um die Gesamtersparnis zu erhalten.
Ich werde noch keine Werte eingeben. Das mache ich am Ende. Aber das nächste, was ich schätzen muss, ist die Gesamtzahl der Fahrten, die Quicksilver in und aus der Villa macht. Dies ist nicht allzu schwierig, da Sie den Clip einfach ansehen und zählen können, wie oft er jemanden packt (manchmal packt er zwei Personen). Mit meinen Fingern und Zehen zähle ich 21 Fahrten. Ich werde diese Variable N nennen und sie gleich sein lassen 21 +/- 1 (falls ich einen hinzugefügt oder verpasst habe).
Jetzt, da ich die Anzahl der Fahrten, die Fahrstrecke (zum Hof) und die Gesamtzeit habe, habe ich fast alles, was ich brauche. Ich kann die gesamte Explosionszeit durch die Anzahl der Fahrten teilen, um die Zeit für eine Fahrt zu erhalten. Das einzige Problem ist, dass dies nicht ganz funktioniert. Quicksilver muss sich wie ein Kind verhalten und aufhören, mit Sachen zu spielen, während er Menschen rettet. Ich kann die Zeit, die er verschwendet, nicht wirklich abschätzen, da der Film in Zeitlupe abgespielt wird. Stattdessen werde ich den Prozentsatz der gesamten verschwendeten Zeit schätzen. Nennen wir dies Pw (percent Wasted) mit einem Wert von 10 +/- 10 prozent. Das bedeutet, dass die Zeit für eine Reise in und aus der Villa berechnet werden kann als:
Jetzt für den endgültigen Ausdruck. Darauf habt ihr gewartet. Dies ist der Ausdruck für die Geschwindigkeit von Quecksilber.
Das ist eine schöne Gleichung. Das gefällt mir. Bemerken Sie hier etwas? Die Yard-Entfernung spielt keine Rolle (es wird abgebrochen). Da sowohl die Gesamtzeit als auch die Gesamtstrecke von dieser Yard-Distanz abhängen, wird die Durchschnittsgeschwindigkeit nicht berücksichtigt. Sehen Sie – wir haben das umsonst geschätzt.
Aber hier kommt der beste Teil. Jetzt, da ich sowohl Schätzungen als auch Unsicherheiten für die Schätzungen habe, kann ich einen Wert für Quicksilvers Geschwindigkeit MIT UNSICHERHEIT erhalten. Ja, ich kann eine Reichweite für seine Geschwindigkeiten bekommen. Es wird großartig. Wie berechnet man also die Geschwindigkeit, wenn die Größen Unsicherheiten haben? Dies ist der Albtraum Ihres einführenden Physikpraktikums. Aber warte. Ich werde es einfach machen. Ich werde die Methode „Dreimal kurbeln“ zur Berechnung von Unsicherheiten verwenden. Hier ist, wie es funktioniert.
- Berechnen Sie die Geschwindigkeit. Ignoriere all das ungewisse Zeug.
- Berechnen Sie die Mindestgeschwindigkeit. Verwenden Sie die Werte, die die niedrigstmögliche Geschwindigkeit ergeben. Beachten Sie, dass Sie, wenn Sie durch die Zeit dividieren, die größtmögliche Zeit verwenden würden, um die kleinstmögliche Geschwindigkeit zu erhalten.
- Berechnen Sie die maximale Geschwindigkeit. Dies ist genau wie die Mindestgeschwindigkeit — außer es ist das Maximum.
Für die endgültige Antwort werde ich die normale Geschwindigkeit melden, und die Unsicherheit in dieser Geschwindigkeit ist der Durchschnitt der Abweichung von den Maximal- und Minimalwerten. Das war’s. Lass es uns tun. Natürlich werde ich dies als Python-Skript aufschreiben – sowohl weil es einfacher ist als auch weil Sie die Werte ändern können, wenn Sie möchten (ich weiß, dass Sie Dinge ändern möchten).
OK, nur um klar zu sein. Das gibt Quicksilver eine Geschwindigkeit von 280 +/- 188 kilometer pro Sekunde (oder, wenn Sie darauf bestehen, in Meilen pro Sekunde zu denken, 174 +/- 117 mps). Ja, das ist viel schneller als die Schallgeschwindigkeit, aber viel langsamer als die Lichtgeschwindigkeit. Es geht um den richtigen Geschwindigkeitsbereich. Aber warte. Es bleiben zu viele Fragen unbeantwortet. Hier sind einige Hausaufgabenfragen.
Hausaufgaben
- Schätzen Sie die Beschleunigung von Quicksilver, wenn er auf Geschwindigkeit läuft und dann anhält. Finden Sie den Wert dieser Beschleunigung in Einheiten von „g“, wobei 1 g = 9,8 m / s2.
- Irgendwann wirft Quicksilver einige Leute aus dem Fenster. Wie schnell müssen sie geworfen werden und in welchem Winkel?
- Schätzen Sie die Beschleunigung der aus dem Fenster geworfenen Personen, wenn sie mit den Vorhängen kollidieren (die sie fangen).
- Was sind einige andere berechnete Geschwindigkeit von Quecksilber aus anderen Szenen? Hinweis: Ich weiß, dass das da draußen ist, seit ich es geschrieben habe – aber du musst danach suchen. Was ist mit Flash? Wie schnell ist er?
- Zu Beginn der Szene isst Quicksilver einen Twinkie. Wie viele Twinkies müsste er essen, um genug Energie zu bekommen, um all diese Menschen zu retten?
- Was ist mit dem Luftwiderstand? Schätzen Sie den Luftwiderstand eines Menschen, der so schnell läuft.
- Er hat auch den Twinkie am Anfang losgelassen. Es sieht so aus, als würde es nur in der Luft schweben — aber es tut es nicht. Nein, es fällt, aber die Dinge laufen in Superzeitlupe. Verwenden Sie dies, um die Zeitlupenrate des Films zu schätzen.
- Schätzen Sie den Haftreibungskoeffizienten zwischen Quecksilber und dem Boden, um so zu laufen, wie er es tut.
Ein letzter Punkt. Ich glaube nicht, dass Quecksilber schnell läuft. Stattdessen denke ich, dass er die Fähigkeit hat, die Zeit zu kontrollieren. Er kann die Zeit um sich herum verlangsamen, so dass es so aussieht, als würde er schnell rennen. Das bedeutet, dass er keine superhohen Beschleunigungen oder Reibungskoeffizienten und so haben muss. Aber wen interessiert es, wie er arbeitet. Er ist immer noch ein Superheld.
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