A MENTE QUE SE ABRE A UMA NOVA IDEIA JAMAIS VOLTARÁ AO SEU TAMANHO ORIGINAL.
Albert Einstein

sábado, 2 de julho de 2011

A Física de Batman





Com O Cavaleiro das Trevas , a sequencia de Batman Begins ,  está claro que a revitalização da franquia Batman novo não é nenhuma fantasia. Na minha opinião, The Dark Knight não chega a vir até o nível do seu antecessor, seu seqüências de ação implacável me deixou um pouco dormente depois de um tempo, e o corte  rápido nestas cenas dá ao público pouco tempo para absorve-la toda a de uma vez. No entanto, ele tem algumas performances muito boas (nomeadamente, o falecido Heath Ledger, aclamado retrato do Coringa psicopata), uma trama intrincada e dramática conflito psicológico.
Enquanto isso, as seqüências de ação, eo uso de dispositivos tecnológicos estão a par com um filme de James Bond, e O Cavaleiro das Trevas fornece uma ampla trampolim para aplicar um pouco de física Hollywood. Há tantas perseguições, colisões, saltos, voos e explosões, é fácil destacar algumas dessas para algumas análises físico emocionante. Também vamos dar uma olhada em alguns dos gadgets fantasia e discutir a Física (ou falta dela) por trás deles: Há muito lá. Então, vamos destacar algumas cenas relevantes.

O Batmóvel














O  Batmobile (ou o Tumbler, como é chamado nesta nova encarnação) é realmente um carro real, ou mais precisamente vários carros diferentes que foram construídos especificamente como protótipos para o filme. Não CGI aqui, nem mesmo as chamas ejetado do motor de foguete. Todas as cenas com o Batmóvel que vemos em O Cavaleiro das Trevas foram filmadas com estes protótipos. Quando o Batmóvel está correndo pelas ruas da cidade, que é uma das "versões de corrida", que foram construídas em torno de um carro de corrida fora despojado NASCAR, a um custo de cerca de 250.000 dólares cada um.Estes são veículos de alta performance capazes de acelerar a 60 mph em 5 segundos. Eles estão equipados com sistemas de suspensão especiais semelhantes aos encontrados em caminhões de corrida Baja, e para ajudar a negociar o carro se transforma em alta velocidade, cada roda traseira é equipada com freios extras que podem ser ativados separadamente com alavancas manuais. Envolver os freios suplementar em apenas um lado oferece uma maior torque líquido sobre o carro e um raio de giro em relação à travagem normal.
O protótipo também é equipado com uma estrutura de aço resistente, que, com a ajuda da suspensão, permite que o carro para executar saltos de 30 pés sem amassar com o impacto. E atinge uma velocidade máxima de 100 mph. Há também uma versão "abertura" muito menos equipados que eles usam para filmar Batman entrar e sair do veículo. A "versão jet" é uma das versões de corrida equipado com tanques de propano que inflamam para cenas envolvendo impulso do foguete, e há mesmo uma versão em miniatura que filme pulando barrancos e outros obstáculos. No entanto, a cena em Batman Begins , onde ele salta através da cachoeira foi filmado usando a "versão de corrida." Realmente pode saltar!

O Batpod













Mesmo fora do mundo da fantasia cinematográfica, este é um veículo fantástico, mas que sobre o Batmóvel de ficção? Tem uma apresenta alguns não encontrados atualmente nos protótipos - lançadores de mísseis, metralhadoras, chapeamento de bala armadura prova, e vários modos totalmente automáticos como "loiter", "intimidar" e "stealth". Além disso, em O Cavaleiro das Trevas , somos apresentados ao "Batpod"-que o veículo moto-like que pode ser expulso do lado esquerdo do veículo. Depois que o carro passa por uma "falha catastrófica" na sequência de um desentendimento com um reboque do trator de 20 toneladas, a Batpod é cuspido fora pela primeira vez para as ruas de Gotham. (Vamos discutir isso de colisão, abaixo.)
Agora, em Batman Begins , houve uma breve cena em que o Batmóvel aparentemente envolve um dispositivo de camuflagem, enquanto no modo "camuflado". O veículo desaparece completamente do ponto de vista de perseguir veículos por alguns segundos depois de Batman aperta um botão no painel.Foi um pouco decepcionante que este recurso não aparecem na seqüência, porque tão implausível como pode parecer, uma pesquisa recente em uma classe nova e fascinante de materiais chamados "metamateriais", sugere que este pode realmente vir a ser viável. Estes materiais fabricados estranhamente têm índices de refração negativo para freqüências específicas de radiação eletromagnética. Quando as freqüências de luz ou outras aplicações das radiações los introduzir um material "normal" em um ângulo para a superfície, as ondas refratar para fora em um ângulo maior. Para um metamaterial, com seu índice negativo de refração bizarro, as ondas são dobrados para dentro.
Vamos dizer que você tem uma sessão de pêra em uma mesa atrás de um pedaço de metamaterial. A idéia geral é que, ao contrário com materiais normal (onde a luz proveniente da pêra ou será refletida do material ou refratada para fora), em metamateriais os raios de luz divergentes a partir da pêra com realmente dobre todo o metamaterial e re-convergem. O resultado é a luz da pêra vai aparecer para estar viajando diretamente para você. Você verá a pêra, mas não a obstrução na frente dele! Experimentos de laboratório usando freqüências única de radiação de microondas demonstraram esse fenômeno com sucesso, porém eles ainda não sabem como fazer um metamaterial que funcionará simultaneamente com múltiplas freqüências, ou para freqüências no espectro visível.
Mesmo que pudesse ser descoberto, no entanto, há ainda seria uma desvantagem: Enquanto alguém fora de um metamaterial Batmobile não pode ver, alguém dentro também não pode ver fora. Isso poderia tornar a condução no trânsito uma proposição problemática até mesmo para Batman.
Fantastic Mr. Fox













Uma das maravilhas de arregalar os olhos techno da parcela mais recente Batman envolve o uso de celulares para "ver" dentro de edifícios. Quando as plantas Lucius Fox um celular na construção de Lau do escritório, o telefone modificado de alguma forma cria um mapa dos edifícios interior usando um "pulso de alta freqüência" para criar uma imagem. Fox diz Bruce que ele funciona apenas como sonar. Bem, para ser mais exato, ele deve tê-lo chamado de radar porque é isso que ele é. Sonar é quando você reflete as ondas de som de objetos para determinar sua localização. Radar é quando você usa a radiação eletromagnética normalmente em freqüências de microondas para fazer a mesma coisa. Uma vez que os celulares emitem e recebem radiação EM na faixa de freqüência de ondas de rádio / microondas (para celulares as freqüências são normalmente entre cerca de 800 e 2000 MHz) se você tentasse usá-los como dispositivos de imagem, então isso é radar.
Há muitos tipos diferentes de radar projetados para diferentes fins, incluindo a defesa militar, aplicações meteorológicas (o radar Doppler que eles usam para precipitação de imagem), radar de polícia, aplicações geológicas (radar de penetração no solo), a lista continua. Mas, não surpreendentemente, nenhum é capaz de chegar perto do nível de 3-D resolução ea profundidade de penetração que a Fox é capaz de alcançar. As camadas mais a radiação penetra mais ela é absorvida e espalhada. Isso faz com que a resolução e interpretação dos sinais refletidos extremamente desafiador. No entanto, é uma idéia interessante extrapolada a partir de tecnologia existente e talvez com algum algoritmo de processamento incrivelmente sofisticados futurista sinal de que podemos fazer Fox sonho é uma realidade.

Controle


Em uma manobra moralmente ambíguo Bruce criou uma sala de controle que recebe e registra todos os sinais de celulares a partir de chamadas em toda a cidade. Ele usa isso como um último recurso para localizar o Joker furiosos. Bem se vê que a tecnologia (usada por 911 centros de emergência) não existe o que pode triangular dentro de um raio de 100 metros ou menos a posição de um chamador celular utilizando monitores de sinais sobrepostos.
Bruce dá um passo além e afirma que ele pode triangular a posição do Coringa, enquanto ele fala "ao alcance de um celular". Esta é realmente uma outra idéia bastante interessante, que embora possa não ser proibida, teoricamente, provavelmente seria extremamente difícil de fazer funcionar na prática. Não temos certeza de que Bruce quer dizer quando diz que "dentro do alcance", mas vamos analisar como isso pode funcionar junto com algumas das questões técnicas. À primeira vista, podemos ter um grande problema relativos à boa energia.A energia de uma onda sonora cai como o quadrado da distância da fonte. Então, se você ficar dez vezes mais de um microfone de celular do que você normalmente faz quando você faz uma chamada, a energia sonora seria cem vezes mais pequenos. Se o Coringa é uma distância significativa longe de um telefone celular, digamos 50 pés ou assim-seria não só extremamente difícil para pegar a sua voz, mas qualquer um que está mais perto do telefone, como a pessoa que faz a chamada real poderia estar gerando milhares de vezes mais energia do som no microfone obscurecendo completamente sinal do Coringa.
E ainda há uma solução (perturbador?) Fascinante potencial para este obstáculo. Aparentemente, o FBI usou uma tecnologia que pode remotamente ativar o microfone de um telefone celular e escutar conversas próximas ou não o telefone é ligado ou se o proprietário está fazendo uma chamada.
Imaginamos Bruce Wayne tem os recursos para obter esse tipo de tecnologia de vigilância classificados, e tudo que ele precisa fazer é instalar o software adequado em cada celular em Gotham. (Não é improvável que o Coringa e seus funcionários, pelo menos, têm celulares com eles.) Agora, estamos chegando a algum lugar. Bruce finalmente vai exigir um sofisticado algoritmo de processamento de voz que pode destacar o padrão de onda som da voz do Coringa de dezenas de milhares de vozes sendo monitorado. Esta não é uma tarefa trivial, mas tecnologia de identificação por alto-falante ainda está em seus estágios iniciais. Quem sabe o que eventualmente pode ser possível?

High Dive

O que poderia ser melhor do que tomar um mergulho fora de um prédio alto, em queda livre por alguns segundos, e depois antes de pegar a rua estende suas asas de morcego, para que você desliza com segurança para o chão como um esquilo voador? É semelhante a asa delta, mas com muita manipulação menos complicado. Então por que não o seu caçadores de emoção todos os dias usam alguma forma de asas de morcego, em vez de todos os equipamentos que? A resposta é simples, porque seus braços não são suficientemente fortes. Vamos analisar a magnitude das forças de seus braços teria que ser capaz de exercer com sucesso, a fim de usar um par de asas de morcego oi-tech.
Vamos dar um exemplo de O Cavaleiro das Trevas . Quando Bruce pula do prédio do outro lado de Lau, ele cai para 4 ou 5 segundos antes de abrir suas asas. Para uma queda livre de quatro segundos, negligenciando a resistência do ar significativa, supondo uma aceleração devido à gravidade de 9,8 m/s2 podemos calcular sua velocidade pouco antes de ele estende suas asas de morcego:
v = v0 + at = 0 + 9.8m/s2 (4s) ≈ 40 m / s
Atrito do ar reduziria essa velocidade um pouco, mas para uma queda de 4 segundos não por muito, por isso negligenciá-la é uma aproximação razoável.
Agora, se você olhar para a cena com cuidado você pode ver que quando Batman abre suas asas ele se move em um caminho circular e seu movimento vai de vertical para horizontal em sua maioria. É a força de resistência do ar (o que aumenta dramaticamente quando ele abre suas asas), que o empurra para dentro do círculo e, portanto, ele age como um centrípetavigor durante aquela parte do movimento. Para segurar os braços sem flambagem Batman tem que exercer a mesma força de volta no ar (que é a Lei 3 Newton no trabalho). Assim, enquanto ele se move em sua trajetória circular pode-se calcular a força que será exercida sobre os braços do Batman. Da cena estimamos que Batman se move em um círculo de raio de 20 metros ou mais e que ele tem uma massa de 80 kg. Se sua velocidade permanece relativamente constante à medida que muda sua direção que pode forçar a aproximar agindo sobre as armas de Batman, enquanto ele varre o fundo do arco. Temos:
F = mg + mv 2 / r = 80 kg (9,8 m / s + [40 m / s] 20/02 m) ≈ 7,200 N ou cerca de £ 1.600.
Isto significa que Batman tem que ser capaz de manter £ 800 em cada um de seus braços estendidos. Imaginar deitado de costas sobre um banco sala de exercícios segurando seus braços para fora e depois ter cerca de 800 quilos de pesos colocados em cada uma. Imagine o que faria para o seu manguito rotador.Agora dizem-me que Batman não tem super-força.(Curiosamente em uma cena logo no início do filme, ele dobra o cano de uma arma com a mão nua. É algo que estamos mais propensos a esperar de Superman!)
Por outro lado, há uma maneira de sair disto. Como Fox explica em Batman Begins , essas asas são feitas de um material fantástico e desconhecido que de alguma forma tem a capacidade de transformar tecido, solta flexível para batwings completamente rígida quando uma corrente elétrica é aplicada.Agora essa rigidez não vai fazer nada para ajudar os braços do Batman, mas se há algumas dobradiças que ligam as asas para o fato de morcego (e é na verdade essas dobradiças que estão fazendo a apoiar, em vez de os braços do Batman, que ele poderia usar apenas para dirigir), então essas asas podem funcionar depois de tudo!
Todas as Ação

Para colocá-lo delicadamente, às vezes os diretores em filmes de ação se apenas um excesso de zelo pouco e sentir a necessidade de incluir violações desnecessárias ou flagrantes de física básica. Enquanto Batman faz um trabalho digno de ficar perto da fronteira entre o absolutamente impossível e apenas altamente improvável (portanto, o que nos permite entreter discussões interessantes sobre técnicas de vigilância e tecnologia stealth), que faz constantemente são vítimas de um particular de filmes de ação física e fisiologia cliché relacionadas com paradas súbitas e começa.
Por exemplo, lembrar o momento de adrenalina cobrado a partir de O Cavaleiro das Trevas , quando o Batmobile colide frontalmente com o trailer do Coringa trator rig. Aqui está o resumo: A grande plataforma é puxar junto a velocidade de rodovia. Batman vem direto para ele a partir na direção oposta ao que parece ser uma velocidade similar, choca com a do caminhão de material rodante e unidades para cima e para trás.
À primeira vista parece que a cena pode violar o princípio da conservação do momento, pois quanto maior o impulso do caminhão deve empurrar o carro para trás e não o contrário. No entanto, se os pneus do Batmóvel de manter contato contínuo com a estrada e continuar a impulsionar o carro para a frente durante e após a colisão, enquanto os pneus do caminhão são levantadas do chão, então ele poderia ser possível.
No entanto, considere a aceleração do caminhão quando o Batmobile arados para ele. As mudanças de velocidade de 50 mph para a frente para trás, talvez de 20 mph em uma fração de segundo. Agora vamos dizer que você é o Coringa, de pé no compartimento de carga do reboque. De acordo com a Primeira Lei de Newton, ele deve continuar a avançar a uma velocidade de 50 mph indefinidamente menos que influenciado por uma força externa. A força de fora seria a parede frontal do reboque. Agora eu não sei sobre você, mas como ele é capaz de resistir a uma colisão frontal com o muro a uma velocidade relativa de 70 mph e continuar com o resto do filme é difícil de imaginar. Claro, esta imunidade aos efeitos das forças de grande porte que resultar de acelerações súbitas é muito comum no gênero de ação, e vemo-lo com freqüência em O Cavaleiro das Trevas . Ter algum divertimento à procura de mais ossos de esmagamento .

Fiandeiro


Há um momento impressionante em O Cavaleiro das Trevas , que ocorre logo após a colisão frontal discutimos no slide anterior. Aqui, Batman strings um dos cabos de sua utilidade na frente da plataforma que se aproxima grande (ancoragem do cabo em torno de alguns postes de luz). Quando o caminhão chega ao fio, o seu movimento para a frente é abruptamente interrompido ea força do impacto lança-lo no ar em que ela completa um flip 180 graus completos, de pouso em sua parte traseira. É uma almôndega picantes de uma cena.
Agora é certamente possível iniciar um inicialmente não rotativo girando objeto, enquanto um torque líquido é aplicado ao objeto.Eo cabo irá aplicar um torque se os impactos do caminhão abaixo de seu centro de massa. No entanto, o cabo vai quebrar antes que ele nunca fica a fiação da sonda. Aqui está o porquê.
Ao olhar para a aceleração linear do caminhão como o seu movimento para a frente é trazido a uma parada, podemos estimar a força que é exercida sobre ele. Vamos supor que a reboque do trator tem uma massa de 15.000 kg, está se movendo inicialmente a uma velocidade de cerca de 22 m / s (50 mph), e na colisão seu movimento para a frente está parado em um décimo de segundo. Isso dá uma força de
F = ma = mΔv / Dt = 15,000 kg (22m/s/0.1s) = 3300000 N ou £ 742.000 agindo sobre o veículo
Pela terceira lei de Newton, que deve ser a mesma força experimentada pelo cabo durante a colisão. Para referência, em um episódio de "Myth Busters", um. Movimento rasga carro através de um cabo de aço como se fosse feito de papel Mas é evidente que os cabos de Batman são muito melhores do que isso. Fox fez fabricar um material apropriado no laboratório que podem suportar a força?
Actualmente, a maior resistência à tração medida ainda é a de nanotubos de carbono, que pode suportar uma tensão de 63.000 milhões newtons (63000000000) por metro quadrado de área transversal antes de se romper. Wow! Isso soa muito promissor, e embora os pesquisadores não foram capazes de produzir um cabo feito de nanotubos de carbono em uma escala macroscópica, vamos supor que Fox tem. Infelizmente cabos de Batman não ter uma área transversal de um metro quadrado inteiro. Eles são compactos e portáteis e parecem ter secções transversais mais próximas de um centímetro quadrado, na melhor das hipóteses. 63000000000 newtons por metro quadrado se converte em 63.000 N/cm2. Isso não é suficiente.Então, a menos que o departamento de P & D na Wayne Enterprises surgiu com algo realmente fenomenal, cabo de Batman vai snap, eo Joker vai escapar (assumindo que ele sobreviveu a colisão anterior com a parede frontal do compartimento de carga).
Há um momento impressionante em O Cavaleiro das Trevas , que ocorre logo após a colisão frontal discutimos no slide anterior. Aqui, Batman strings um dos cabos de sua utilidade na frente da plataforma que se aproxima grande (ancoragem do cabo em torno de alguns postes de luz). Quando o caminhão chega ao fio, o seu movimento para a frente é abruptamente interrompido ea força do impacto lança-lo no ar em que ela completa um flip 180 graus completos, de pouso em sua parte traseira. É uma almôndega picantes de uma cena.
Agora é certamente possível iniciar um inicialmente não rotativo girando objeto, enquanto um torque líquido é aplicado ao objeto.Eo cabo irá aplicar um torque se os impactos do caminhão abaixo de seu centro de massa. No entanto, o cabo vai quebrar antes que ele nunca fica a fiação da sonda. Aqui está o porquê.
Ao olhar para a aceleração linear do caminhão como o seu movimento para a frente é trazido a uma parada, podemos estimar a força que é exercida sobre ele. Vamos supor que a reboque do trator tem uma massa de 15.000 kg, está se movendo inicialmente a uma velocidade de cerca de 22 m / s (50 mph), e na colisão seu movimento para a frente está parado em um décimo de segundo. Isso dá uma força de
F = ma = mΔv / Dt = 15,000 kg (22m/s/0.1s) = 3300000 N ou £ 742.000 agindo sobre o veículo
Pela terceira lei de Newton, que deve ser a mesma força experimentada pelo cabo durante a colisão. Para referência, em um episódio de "Myth Busters", um. Movimento rasga carro através de um cabo de aço como se fosse feito de papel Mas é evidente que os cabos de Batman são muito melhores do que isso. Fox fez fabricar um material apropriado no laboratório que podem suportar a força?
Actualmente, a maior resistência à tração medida ainda é a de nanotubos de carbono, que pode suportar uma tensão de 63.000 milhões newtons (63000000000) por metro quadrado de área transversal antes de se romper. Wow! Isso soa muito promissor, e embora os pesquisadores não foram capazes de produzir um cabo feito de nanotubos de carbono em uma escala macroscópica, vamos supor que Fox tem. Infelizmente cabos de Batman não ter uma área transversal de um metro quadrado inteiro. Eles são compactos e portáteis e parecem ter secções transversais mais próximas de um centímetro quadrado, na melhor das hipóteses. 63000000000 newtons por metro quadrado se converte em 63.000 N/cm2. Isso não é suficiente.Então, a menos que o departamento de P & D na Wayne Enterprises surgiu com algo realmente fenomenal, cabo de Batman vai snap, eo Joker vai escapar (assumindo que ele sobreviveu a colisão anterior com a parede frontal do compartimento de carga).

Trabalho de laboratório


Mr. Fox (Morgan Freeman) resume um dos dois tipos cientista típico que vemos representadas na tela grande. Estes eggheads arquetípico cinematográfica podem ser categorizadas como segue:
a) "The Jack of All Trades" que, além de ser (geralmente excêntrica) brilhante, é um físico, um biólogo e um engenheiro, tudo ao mesmo tempo. Ele pode construir qualquer tipo de equipamento altamente técnica complicada por si mesmo, muitas vezes sem qualquer financiamento do governo, e porque ele trabalha sozinho e raramente publica seus resultados ninguém acredita nele quando sua teoria revolucionária e inovadora fornece a visão apenas em salvar o mundo de alguns finais desastre apocalíptico. (Se o personagem é do sexo feminino, ela é geralmente de cerca de 23 anos, belíssimo, e um especialista em artes marciais.) Nós contraste, o Jack of All Trades com:
b) "O idiota completo". Este é o cientista de mente estreita, sem imaginação e capacidade limitada de ver o retrato grande. Muitas vezes é preciso alguém sem formação científica, mas com experiência no mundo real, areia, e conhecimentos práticos para entrar e começar o trabalho feito quando os cientistas simplesmente não consegue acertar. Vemos um exemplo clássico disto no filme Armageddon , onde os cientistas da NASA não consegue descobrir como fazer um trabalho de perfuração.Portanto, a fim de salvar a Terra de um impacto de um asteróide iminente destruição do planeta, o governo decide a tripulação do ônibus espacial com um monte de riggers óleo com vários endearing problemas psicológicos, a fim de perfurar um buraco em um asteróide (o caminho certo!) e explodi-lo com uma bomba nuclear. Esses caras são os únicos que podem fazer o trabalho porque eles têm experiência da vida real, ao contrário dos cientistas idiota.
Agora claramente Fox cai na primeira categoria de cientista. Ele parece sempre trabalhar sozinho, de forma brilhante criar ou modificar dispositivos fantástico (um monte de equipamento foi desativada a partir de vários projetos militares classificados) para usar como Batman luta contra o crime-aids. Fox faz menção o departamento de R & D de vez em quando, mas onde estão eles? Quando ele não está com o conselho de administração para Wayne Enterprises, encontramos Fox isolado em seu laboratório cavernoso gigante. Em Batman Begins não só Fox lidar com todos os deveres de engenharia formidáveis, mas quando Batman é exposto a uma droga psicotrópica de produção de insanidade, ele demonstra sua versatilidade vindo acima com um "antídoto" dentro de algumas horas.
Vemos variações do tipo Fox de cientista bastante freqüência nos filmes, mas eles são essencialmente inexistente na vida real. É muito difícil conseguir um Ph.D. ou ganhar experiência em uma única área muito especializada, e muito menos manter-se atualizado com os desenvolvimentos em quatro ou cinco disciplinas não relacionadas. Experimentá-lo se você não acredita em mim.

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