Wie ist Misakas Railgun so zerstörerisch?

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In Episode 1 von Railgun beendet Misakas Railgun einen guten Teil eines scheinbar olympischen Schwimmbades. Später in derselben Episode wird offenbart, dass sich ihre Railgun mit einer Geschwindigkeit von 1030 m / s.

Die Zahlen summieren sich jedoch nicht.

Angenommen, Misaka verwendet 10-Gramm-Münzen. Beim 1030 m / s, diese Münze hat so viel Energie:

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

Ein olympisches Schwimmbad hat 2.500.000 kg Wasser. Basierend auf dem obigen Bild bewegt sich dieser Kegel wahrscheinlich gut 100 Meter in die Luft.

Nehmen wir also zum Wohle des Zweifels an, dass nur 10% des Wassers 100 Meter in die Luft gehoben werden.

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

Die Münze braucht 2.45 * 10^8 Joule Energie, um den Pool wie oben gezeigt zu heben. Aber ihre Münze kann nur liefern 5304.5 Joules. Es gibt einen Unterschied von ungefähr 4 Größenordnungen.

Okay ... Bevor jemand dies als einen weiteren Fall der Anime-Physik abtut, schauen wir uns an, was sonst noch so viel Energie produzieren könnte:

Der Spin der Münze wird bei der Nettogeschwindigkeit von 1030 m / s nicht erfasst. Aber angesichts des Trägheitsmoments einer kleinen Münze würde es eine enorme (relativistische?) Menge an Spin erfordern, um sie zu tragen 10^8 Joules.
Die Ladung der Münze ist im Anime nicht angegeben. Vielleicht polarisiert Misaka irgendwie die Ladung in der Münze und lässt sie bei Kontakt mit dem Ziel irgendwie los.
Die Massenenergie (E = mc^2) der Münze ist 9 * 10^14 Joules. Hat sie das getan?

Die Frage ist also: Gibt es eine offizielle Erklärung dafür, wo die Münze so viel Energie bekommt? Oder müssen wir dies als einen weiteren Fall der Anime-Physik abtun?

Und wenn sich jemand für die Chat-Diskussion über die Physik hier interessiert: chat.stackexchange.com/transcript/message/7951592#7951592
FWIW, Funimation schrieb letztes Jahr einen Blog-Beitrag, A Certain Scientific Explanation of Railguns. Leider scheint das verknüpfte PDF, auf dem die Zahlen und der Lampenschirm standen, wie falsch es ist, verloren gegangen zu sein. IIRC, die Antworten hier decken ohnehin schon alles ab, was es gesagt hat.
@Mystical by Official meinst du eine rein physikalische Erklärung oder eine kanonische Erklärung?
@Mindwin Mit "Official" meine ich, wenn das Studio oder einer der Autoren etwas gesagt hat.

Laut Anime und Manga hat Mikoto eine "Mündungsgeschwindigkeit" von 1030 m / s:

Im Gegensatz dazu hat die Railgun der US Navy eine Mündungsgeschwindigkeit von 2520 m / s (~ 5600 mph oder ~ 7,5x Schallgeschwindigkeit) bei einer Mündungsenergie von 10,64 Megajoule (10,64 Millionen Joule). Das ist wahrscheinlich vergleichbar mit der Energiemenge in einem durchschnittlich großen Auto, das sich mit 250 Meilen pro Stunde bewegt.

Im Vergleich dazu hat ein AK-47-Gewehr eine Mündungsgeschwindigkeit von 715 m / s (~ 1600 mph oder ~ 2x Schallgeschwindigkeit) mit einer Mündungsenergie von ~ 2010 Joule (unter der Annahme, dass 7,62 x 39 mm Patronen verwendet werden, kann jedoch je nach Mündung variieren die Art der Munition).

In Bezug auf die Railguns ist dies zwar statistisch nicht sehr beeindruckend, da die tatsächlichen Railguns Geschwindigkeiten von möglicherweise mehr als ~ 5000 m / s erreichen können. Beachten Sie, dass Mikoto ein Mittelschüler ist, der acht Schüsse pro Minute abfeuern kann, was mit "typischen" Railguns vergleichbar ist.

Unter der Annahme, dass die Münze mit der Größe und dem Gewicht eines US-Viertels vergleichbar ist, kann man davon ausgehen, dass die von ihr verwendete Münze ein Gewicht von etwa fünf Gramm hat. Mit dieser Formel können wir die Mündungsenergie erhalten:

Energie = 0,5 * (Masse) (Geschwindigkeit)² = 0,5 * (0,005 kg) (1030 m / s)² = ~ 2652,25 Joule

Mikoto verursacht also etwas mehr Schaden als ein halbautomatisches Sturmgewehr.

Aber das sehen wir jetzt nicht, oder?

Nicht ganz. Aber was könnte einen solchen Leistungsunterschied verursachen?

Laut Seite 1, Kapitel 4 des Railgun-Mangas manipuliert sie den Elektromagnetismus, um ihre Ergebnisse zu erzielen. Dies erscheint plausibel, da sie theoretisch nur die Münze und / oder Objekte in der Nähe beschleunigen könnte, wenn das Magnetfeld ausreichend fokussiert wäre.

Schauen wir uns nun noch einmal den Pooltest an. Aus der Poolreinigungs-Episode (S1, Ep. 2) haben wir eine ungefähre Schätzung der Abmessungen des Pools:

Messen wir die Dinge in Kurokos Größe (~ 152 cm)!

Da sich der Pool nicht verjüngt oder endet, nehmen wir an, dass der Pool ungefähr 14 Kurokos lang oder ~ 21,28 m (ja, er scheint ein bisschen klein zu sein) und ungefähr 11 Kurokos breit oder ~ 16,72 m an den Linien ist der Poolboden und etwas weniger als ~ 0,9 Kuroko, oder sagen wir 1,36 m tief.

Was das verdrängte Wasser betrifft, wir könnten Versuchen Sie, das Volumen der Wasserfahne zu integrieren, vorausgesetzt, es ist halb und halb Luft, finden Sie das Gewicht usw. Aber wir werden hier faul sein und annehmen, dass 1/1000 des Poolwasservolumens in der Luft verteilt war, als Mikoto feuerte ihre Railgun. Der Pool hätte ein Volumen:

Volumen = (1,36 m) * (21,28 m) * (16,72 m) = ~ 486,73 m³ aus Wasser

Da der "Schwerpunkt" der Wasserfahne in der Nähe der Oberseite des Gebäudes vom Typ einer Turnhalle vergleichbar zu sein scheint, wird bei einer Augenschätzung der Tür im Vergleich zum Gebäude angenommen, dass sie 10 m hoch ist. Um die Energie zu berechnen, die benötigt wird, um so etwas zu erreichen, gehen wir wie folgt vor:

(Energie, die zum Anheben eines Objekts benötigt wird) = (Masse des Objekts) * (Beschleunigung aufgrund der Schwerkraft) * (Hubhöhe).

In diesem Szenario lassen Sie uns ein paar Ecken abschneiden und davon ausgehen, dass die gesamte Energie des Schusses in das Anheben des Wassers fließt (wobei die Energie, die für das Aufwärmen des Wassers aufgewendet wird, die Geräusche einer lauten Explosion und ein dramatischer Windeffekt erzeugt werden), dann wir haben

Energie = (1/1000) * (~ 486,73 m³) * (1000 kg / m³ Wasser) * (9,8 m / s²) * (10 m) = ~ 47699,54 Joule

Wenn wir es rückwärts in die kinetische Energiegleichung einstecken:

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

Die Mündungsgeschwindigkeit ihrer Railgun würde also ~ 4368,04 m / s betragen.

Man kann nur annehmen, dass, da wir den Kanonwert von 1030 m / s einhalten müssen, der durch die Mikoto-Fähigkeit verursachte Schaden möglicherweise auf ihre Manipulation von Elektromagneten zurückzuführen ist, die verursacht werden, wenn sich die Münze durch die Luft bewegt, oder auf einen anderen Faktor ... Aber Was wissen wir über die Physik dieser Welt, in der Wissenschaft und Magie nebeneinander existieren?

@Krazer sieht aus wie ein halbolympischer Pool, 25m x 12,5m x 1,36m

+100

Strom kann das Wasser bewegen:

Das Wiki sagt, dass Misaka 1 Milliarde Volt erzeugen kann.
(Obwohl einige Quellen 5 Milliarden Volt angeben, lassen Sie uns bescheiden sein )

Wenn sie die Münze auflädt, würde die schnelle Übertragung der Ladung von der Münze auf das Wasser eine Abstoßung zwischen der Münze und dem umgebenden Wasser verursachen und das Wasser vom Pool wegschieben. Die Stoßwellen würden sich an den Rändern und am Boden des Pools widerspiegeln und das Oberflächenwasser nach oben drücken.

Sie können im Anime sehen, dass alle Explosionen eine Seitwärtsbewegung haben, aber die ZWEITE angezeigte Explosion hat eine sehr ausgeprägte. Seitwärtsbewegung, was darauf hindeutet, dass der Aufprall das Wasser auch ein wenig zur Seite drückt, da sich das elektrisch geladene Wasser von der Münze wegbewegt, während die Münze den Pool durchquert.

Das Problem der Ladungsableitung ist kein Problem. Sie kann Blitze zielen, also können wir davon ausgehen, dass ihre elektromagnetischen Kräfte auch die Durchschlagspannung der Luft um die Münze verändern können (indem sie entweder den Druck um die Münze erhöhen oder Vakuum erzeugen.

Wir müssen uns die Kapazität der Münze ansehen

Der Radius eines Viertels beträgt 13 mm

Mit einem Potential von 1 Milliarde Volt ist die Ladung der Münze

Jetzt können wir die elektrische Kraft zwischen der geladenen Münze und dem geladenen Wasser berechnen und der Kürze halber annehmen:

Die Hälfte der Ladung wurde auf das Wasser übertragen.
Die Wände und der Boden des Schwimmbades sind total Isoliermittel und unzerstörbar.
Die Münze hat den Boden erreicht, sobald die Hälfte der Ladung übertragen wurde.
Das Wasser ist 1 mm von der Münze entfernt

In dieser Situation wird die Kraft zwischen Münze und Wasser nach dem Coulombschen Gesetz berechnet:

Wir kommen hier zum Megajoule.

Bei einer Masse von 10% des Poolwassers beschleunigt diese Kraft das Wasser vorübergehend:

Um das Wasser 100 Meter hoch zu heben, müssen wir das Wasser mit einer Geschwindigkeit von 44,3 m / s einprägen

Die Wechselwirkungszeit zwischen Münze und Wasser, bevor die verbleibende Energie verloren geht, führt zu:

Krazer sagte:
Energie aufgewendet, um das Wasser aufzuwärmen, die Geräusche laut Explosion zu erzeugen, dramatische Windeffekte

Und das ist

das macht aus

Selbst wenn Sie die Ladungsableitung, die abnehmende Abstoßungskraft zwischen dem Wasser und andere kleine Annahmen berücksichtigen, gibt es für alles genügend Energie.

Überall gibt es viel Energie, die Sie nach Belieben nutzen können.

Aber ich denke, das erklärt klar, woher die Energie kommt, um das Wasser zu heben.

Auch wenn Sie die Ereignisse späterer Episoden aufnehmen, wenn sie andere Gegenstände als eine Münze verwendet

Eine riesige Roboterklaue und später ein ganzer riesiger Roboter

Sie können sehen, dass die Menge der gespeicherten Energie größer ist, ebenso wie die zerstörerische Kraft. Sinnvoll, weil die Kapazität dieser Gegenstände größer ist als die einer Münze.

Vielen Dank an Wolfram Alpha für die Berechnungen und Bilder.

Weitere Theorien:

Strom kann die Münze auch nach dem Verlassen der "Mündung" weiter beschleunigen.

Wenn sie die Münze auflädt, kann sie eine weitere Ladung des gleichen Zeichens auf sich selbst erzeugen, nachdem die Münze die "Schnauze" verlassen hat. Selbst wenn die Münze mit einer Geschwindigkeit von 1030 m / s abfährt, kann sie sie auch nach dem Abfeuern beschleunigen. Aber es ist nicht einmal notwendig, weil ...

Der Spin der Münze und eine der zerstörerischsten Kräfte: Harmonische.

Wie wir aus diesem Wikipedia-Diagramm sehen können, steigt die Energieübertragung dramatisch an, sobald die maximale Resonanz (1: 1) erreicht ist. Wind Harmonics reichen aus, um eine Brücke zu zerstören, indem Sie sie wie eine Violinsaite bewegen. Wenn sie die Münze so drehen kann, dass ihre Frequenz perfekt mit der harmonischen Frequenz des Pools übereinstimmt, könnte massive Energie übertragen werden.

Ich habe gerade bemerkt, dass das Wasser 9 Sekunden brauchen würde, um 100 Meter mit 44,3 m / s zu steigen. Da die Explosion nur wenige Frames dauert, können wir davon ausgehen, dass die Kontaktzeit etwas länger als 5 ms ist und das aufwärts gerichtete Wasser nach 100 m nur dünner wird / verdunstet
Nun, der Pool ist nur ein Beispiel. Wir sehen oft, wie sie anhält und Autos in die Luft sprengt, genug Wärme erzeugt, um zwei aufeinanderfolgende Metallstangen zu schmelzen, und einen tiefen Kratzer auf der Erde hinterlässt, über die sie gefahren ist, auch ohne direkten Kontakt. Es scheint, als gäbe es neben der Geschwindigkeit der Münze noch eine andere Energie.
Ganz zu schweigen davon, dass sie in der Railgun-Serie gezeigt hat, dass sie andere Gegenstände als eine Münze (nämlich einen riesigen Roboterarm und einen ganzen Satelliten) mit ähnlichen Geschwindigkeiten antreiben kann.

Obwohl subjektiv, war es von Anfang an mein starker Eindruck, dass die Projektilkomponente indirekt (und möglicherweise grenzwertlos irrelevant) für ihre Fähigkeit ist.

Sie kann produzieren viel von Energie
Die Energie geht dahin, wohin das Projektil geht
Es ist jedoch nicht festgestellt, dass das Projektil trägt die Energie

Das Projektil kann nur ein Leuchtfeuer oder eine Fokuskomponente sein, möglicherweise eine rein psychologische (wobei die Technik dem zufälligen Abschuss unkontrollierter Elektrizität entgegengesetzt ist).

Ich erinnere mich, dass sie in späteren Folgen große Projektile abgefeuert hat, aber die obigen Spekulationen könnten immer noch zutreffen.

+1, das ist eine großartige Erklärung, IMO. Es mag eine Szene gegeben haben, in der Leute eine Münze von ihr finden, aber ich erinnere mich, dass viele Schüsse ihrer Railgun die Münze zu einem Strahl gemacht haben. Ich gehe davon aus, dass sie dabei schmilzt (wenn überhaupt noch etwas davon übrig ist).
1 Eine Möglichkeit, dies zu überprüfen, besteht darin, zu prüfen, ob sie jemals etwas Nichtmetallisches als Projektil verwendet. Wenn ihre Railgun tatsächlich eine Railgun im wissenschaftlichen Sinne ist, müsste sie auf etwas einwirken, das durch Elektromagnetismus beschleunigt werden kann, also auf eine Art Metall. Wenn sie nichtmetallische Gegenstände verwenden kann, dann ist es eigentlich keine Railgun und diese Erklärung wäre sehr überzeugend.

Ich behaupte, dass es sich um Anime-Physik handelt, indem ich die von Ihnen vorgeschlagenen alternativen Möglichkeiten widerlege.

Sie haben Recht - es ist unmöglich, so viel Energie wie ein Trägheitsmoment zu tragen. Sogar Misakas Supermächte sind eine Welt fern von relativistischen Geschwindigkeiten.
Die Energie kann nicht als Ladung in der Münze gespeichert werden, da sie sich als "Blitz" weiter auflösen würde.
Die Energie konnte nicht aus Massenenergie stammen. Neben der resultierenden tödlichen Strahlung würde die Freisetzung von Massenenergie ohne Verwendung von Antimaterie die Freisetzung von Kernenergie bedeuten. Kernenergie kann nur unter extremem Druck freigesetzt werden (Kernreaktionen in Bomben werden durch Komprimieren von Uran mit der Explosion einer kleineren Bombe ausgelöst). Wenn jemand ein Beispiel dafür finden könnte, dass Misaka ihre Münze findet, nachdem sie sie geschossen hat, wird dies das Argument der Massenenergie eindeutig widerlegen.

Schließlich haben die Mythbusters in diesem Video bewiesen, dass eine Münze, die sich mit der dreifachen Schallgeschwindigkeit (um die Geschwindigkeit einer Kugel) bewegt, lediglich Beton eindrückt.

Es ist auch erwähnenswert, dass (soweit ich mich erinnere) die "psychischen" Kräfte des Typs Misaka lose auf der immer beliebten, fantastischen, doppelten Fehlinterpretation des Schrödinger-Katzen-Gedankenexperiments beruhen: Diese Wahrnehmung beeinflusst Die Realität und damit die Wahrnehmung auf die richtige Weise zu verändern, sollte die Realität verändern. (Oder so ähnlich. Es gab Techno-Babble in der Umgebung, aber das schien das Wesentliche zu sein.)

Eine alternative, wenn auch weniger interessante Erklärung für die unverhältnismäßigen Auswirkungen ihrer Railgun wäre also wie folgt: Misakas eigene Wahrnehmung, wie mächtig die Railgun sein sollte, ist falsch, was zu übertriebenen Effekten führt.

Ihr alle vergisst die grundlegende Tatsache, dass die 1030 m / s-Messung beim Schießen in Wasser durchgeführt wurde. Die Auswirkungen des Luftwiderstands auf die ins Wasser abgefeuerte Münze sind weitaus größer als die Auswirkungen des Luftwiderstands beim Abfeuern durch die Luft. Luft ist fast tausendmal weniger dicht als Wasser. Wenn wir die Widerstandsgleichung durchführen, erhalten wir eine Kraftgröße auf der Münze von 18.466 Newton. [18466 = 0,5 * 1000 kg / m 3 * (1030 m / s) 2 * 82 * 0,000042455 m 2]

.82 ist der Luftwiderstandsbeiwert für einen langen Zylinder wie eine Arcade-Münze, 1000 kg / m ^ 3 ist die Wasserdichte und .000042455m ^ 2 ist die Querschnittsfläche der abgefeuerten Münze.

Wenn wir die Gleichung in umgekehrter Reihenfolge durchführen, um die Geschwindigkeit der Münze in der Luft herauszufinden, bleibt eine Geschwindigkeit von 29.428 m / s übrig.

Klingt verdammt viel mehr nach einer richtigen Schienenwaffe, nicht wahr?

'A Certain Magical Index' enthält 50 ungerade leichte Romane, 13 Manga-Bände, 2 Anime-Staffeln, einen Film und ein paar Videospiele.

'A Certain Scientific Railgun' hat 2 leichte Romane, 11 Manga-Bände, 2 Anime-Staffeln, eine OVA und ein eigenes Videospiel.

In keiner dieser Quellen (an die ich mich jedenfalls erinnern kann) ist Misakas Railgun-Trick etwas anderes als ein Arcade-Token (keine Münze, weshalb es anfangs sogar eisenhaltig ist), der die dreifache Schallgeschwindigkeit zurücklegt.

Und es gibt noch eine andere seltsame Eigenschaft des Railgun-Angriffs - Touma, der Junge mit der Anti-Magie-Faust, kann ihn fangen. (Wie in Kapitel 7, Band 1 des Railgun-Mangas zu sehen.)

Da Touma es zerstreuen kann, bedeutet dies, dass die Münze immer noch etwas Übernatürliches hat, selbst wenn sie schmilzt. Diese übernatürliche Eigenschaft wird der Grund sein, warum sie eine Druckkraft hat, die weit über dem liegt, was sie allein im Moment haben sollte.

Ich habe keine Beweise für meinen nächsten Punkt, aber ich glaube, dass Misakas Magnetfeld die Münze einfach weiter gut drückt, nachdem sie ihre Hand verlassen hat. Das würde beide Kuriositäten gut erklären.

Vergessen wir nicht in der Episode, in der sie den Roboterarm gemacht hat, weil die Person außerhalb der Reichweite ihrer Münzen saß. Am Ende des Balkens war einfach keine Münze mehr übrig. Sie erklärte, als sie blockierte, fing und den Arm abfeuerte, dass es einen Grund gibt, warum sie normalerweise Münzen benutzt.

Ich vermute, dass mehrere Faktoren zusammen zu ihrem zerstörerischen Potenzial beitragen, einschließlich ihres festgelegten Badass-Status, fortgesetzter Beschleunigung, Trägheit, Spin, Hyperschall-Stoßwelle und möglicher Umwandlung von Materie in Plasma.

Denken Sie daran, dass sie wahrscheinlich auch Energie ablenkt, um den Rückstoß und andere zerstörerische Aspekte beim Abfeuern der Railgun zu bekämpfen. Diese Abschirmung reicht aus, um gezielte Mehrfachexplosionen zu stoppen, die in der Lage sind, schnell durch Beton und Stahl zu schmelzen, obwohl Misaka zu diesem Zeitpunkt erschöpft ist. Ich bin sicher, dass dies ausreichend Energie sein könnte, um eine Sekundärbeschleunigung zu verursachen.

Es ist ein Fall von Anime-Physik, wie andere Poster angedeutet haben, aber nicht Ihre durchschnittliche Anime-Physik. In bestimmten Teilen des Manga- und des Schwesterserien-Index wird gesagt, dass die Art und Weise, wie Esper-Kräfte funktionieren, darin besteht, ein Reality-Warping-Feld so zu manipulieren, dass es zum passt Stil ihrer Kräfte. Daher funktioniert Misakas Railgun, weil sie genügend Realität hat, um Energie und Mathematik zu verzerren