Класс!ная физика



Насколько реальны чудеса Супермена?

Мифические способности Супермена - американского супергероя поражают читателей комиксов, и ему пытаются подражать не только по внешнему виду.
Согласно версии американских комиксов Супермен всеми силами старается защитить Землю и оградить от неприятностей своих друзей.

Тело Супермена сверхчеловечески прочно, он обладает чудовищной силой, может передвигаться на недоступных простому человеку скоростях, видит сквозь любые предметы и даже в темноте. Но откуда берется сила Супермена?

Оказывается Супермен способен заряжаться солнечной энергией и, по задумке авторов, может действовать на пике своих способностей неопределённо долгий промежуток времени.
Многие пытались оценить или объяснить его способности, чтобы проверить их жизнеспособность.

Хорошо известно, что Супермен получает свою энергию, поглощая солнечный свет, но сколько же энергии требуется ему для совершения его героических повседневных дел?

Попробуем подсчитать, сколько времени потребовалось бы Супермену для подзарядки от Солнца, чтобы он получил достаточно энергии для остановки движущегося поезда?

Предполагается, что Супермен для остановки идущего ему навстречу поезда должен обладать не меньшим запасом энергии, чем кинетическая энергия движущегося поезда. Во-первых, надо определить, сколько солнечного света Супермен поглощает.

Хорошо известно, что Супермен получает свою силу от «желтого» участка солнечного спектра. Поэтому необходимо оценить именно поглощение желтого света, который дает ему свою энергию.
Желтый свет имеет длину волны около 570nm.
Можно сказать, что диапазон между 560-580nm может быть классифицирован как желтый свет, что соответствует частотному диапазону 5.17-5.36 ТHz .
Используя уравнение для спектральной плотности энергетической яркости черного тела на единицу площади на единицу телесного угла:

Согласно имеющимся у науки данным, абсолютная температура поверхности Солнца составляет 5,778K, а радиус Солнца равен 6.96 х 108m.
Площадь поверхности Солнца равна 4nr2 и равна 6.09 х 1018m2. Используя эту величину площади поверхности Солнца и интегрируя в диапазоне частот желтого света, можно получить мощность солнечной энергии на единицу телесного угла:

которая составит 1,22 х 1026W sr-1.
Супермен, стоя на поверхности Земли, имеет площадь тела, обращенную к Солнцу, примерно 1.9m2.
Используя расстояние между Солнцем и Землей, можно вычислить телесный угол Супермена. Коэффициент будет 1,9m2/4π(1,50 x1011m)2 и равен 6.7 х10-24sr.
Если пренебречь атмосферными эффектами и считать идеальным поглощение солнечного света, то общая мощность энергии, которую Супермен будет получать от Солнца, составит 819W.

Механическая работа, которую Супермен должен совершить, чтобы остановить движущийся поезд определяется величиной кинетической энергии поезда.
Реальная скорость американских поездов по справочнику равна 127 км/ч, а вес составляет 185 тонн.
С помощью этих значений и уравнения вычисляем энергию поезда:

Энергия движущегося поезда оказывается равной приблизительно 1.15 х 108 Джоулям.

Итак, в результате расчетов приходим к выводу, что для получения необходимой энергии для одного подвига (остановки движущегося поезда) Супермен должен стоять на солнечном свете непрерывно 39 часов, т.е. 1 день и 15 часов или 3,25 дней с учетом реального двенадцатичасового солнечного освещения в день.

Результаты данных расчетов, проведенных студентами Факультета физики и астрономии университета Лестера в Великобритании, показали, насколько нереальны для Супермена его непрерывные героические подвиги по спасению человечества.

Даже, если бы Супермен был способен сохранять аккумулированную солнечную энергию какое-то время, то останавливать поезда он смог бы не чаще двух раз в неделю. И это не считая потерь энергии с учетом реальных условий поглощения энергии, а также затрат на его повседневные перемещения и хотя бы на подлет к поезду.
Результаты приведенных расчетов были опубликованы в научном журнале Physics Special Topics.


Источник: Journal of Physics Special Topics, 2015





Устали? - Отдыхаем!

Вверх