Five Nights at Freddy's: Sister Location - Part 5
Har ikke dette skjedd med alle? Du er på en venns bryllup, og det er din jobb å åpne den feirende flasken Champagne. Det er alt bra og bra, du sier til deg selv, men bare uncorking det er så passé. I stedet tar du flasken ved halsen og slår den mot en vegg. Hva har det ikke skjedd med deg? Vel, det skjedde med denne fyren:
Høyre i hofte, var det? Kanskje i bilnøklene, eller iPhone? Det må skje.
Men hvor mye gjorde det vondt? For hjelp med det spørsmålet vendte jeg meg til Dr. Gabriel Xu, en plasmafysiker ved Propulsion Research Center ved Universitetet i Alabama i Huntsville. Hvorfor ba jeg en rakettforsker å hjelpe meg med Omvendt hjemmelekser? La oss bare si at en rakettforsker er den rette fyren til å vende seg til når champagnen din går fra å være partikkelbrensel til flaske drivstoff.
Øyeblikket som flasken treffer veggen, blir den en rakett.Det kan høres grandiose, men det er helt - hvis pedantisk - riktig. Som NASA forklarer det:
"Raketer arbeider av en vitenskapelig regel kalt Newtons tredje lov om bevegelse. Engelsk forsker Sir Isaac Newton oppført tre lovlover. Han gjorde dette for mer enn 300 år siden. Hans tredje lov sier at for hver handling er det en lik og motsatt reaksjon. Raketten skyver på eksos. Eksoset skyver også raketten. Raketten skyver eksoset bakover. Utblåsningen gjør raketten fremover."
I vårt tilfelle rusker en blanding av karbondioksid og væskemodus ut av flasken og skyver flasken fremover. Kraften på flasken og kraften på drivstoffet utgjør et "action-reaksjonspar", i fysikkparlanse. Og i typisk fysikk mote, forsømmer vi tyngdekraften og luftmotstanden herfra.
Matematikken som er involvert er bare litt mer sofistikert enn dette:
Raketer adlyder Rocket-ligningen, som ser slik ut
Hvor F står for kraft, v står for hastighet, og dm / dt står for endringen i masse over tid. Ekvationen sier bare at kraften på raketten er lik forandringen i massetider hastigheten på eksos - i vårt tilfelle, karbondioksidet.
Her er hvor jeg ble sittende fast. Det var ikke umiddelbart klart for meg hvordan man skulle beregne v og dm / dt. Men Dr. Xu var på pengene. Vi beregner v med Bernoullis likning, som bare uttrykker loven om bevaring av energi for flytende væsker. Som en side er en av de vanlige bruksområdene til Bernoulli-ligningen å forklare hvordan flybladene fungerer - noe som har noen problemer.
Bernoulli-ligningen ser slik ut, hvor vilkår på venstre side refererer til karbondioksid i flasken, og vilkår på høyre side refererer til alkoholholdig raketsaus som forlater flasken:
Dette ser ekkel ut, men det er egentlig ganske enkelt. Første sikt på begge sider er bare trykket. Den andre termen er den kinetiske energien til væsken. På venstre side lar vi dette være null, siden væske i flasken ikke beveger seg i forhold til flasken. Dette lar oss løse utgangshastigheten, v, av vår champagne.
Med v Vi kan også beregne dm / dt. Alt vi trenger å vite er hvor mye masse som passerer et punkt ved flaskeåpningen til enhver tid. Det er bare tetthet av gassen ganger tverrsnittsflaten på flaskehalsen ganger v. Presto.
Hvis vi gjør noen forutsetninger, kan vi beregne F ikke noe problem. Her er tallene som Dr. Xu foreslo. Flaske Champagne er under seks atmosfærer av trykk, mens atmosfæren er (overraskende) under en atmosfære. Tettheten av Champagne er nær det av vann - 1000 kilo per kubikkmeter. Og flaskehalsen er 25 mm i diameter.
"Ved å bruke disse antatte tallene, får jeg en trykkkraft på 15,6 Newtons," skrev Xu i en epost. Hvis du husker videregående skolefysikk, vet du at en Newton er nødvendig for å akselerere 1 kilo masse ved 1 meter per sekund per sekund. Men Xu sier, "Det er ikke en veldig nyttig mengde å tenke på. I stedet kan vi se på momentet som bæres av flasken ved støt."
Momentum er en fin og konkret mengde til vårt formål fordi den fanger "oomph" - og "ouch" - av en innflytelse bedre enn kraft. Men i motsetning til kraft har momentum ikke en beleilig navngitt enhet; Det er bare målt i kilo meter per sekund eller kgm / s. Du kan se fra enhetene at momentum bare er lik masse ganger hastighet.
Flere tall fra Dr. Xu: "En 750 milliliter vinflaske er ca. 0,9 kilo, og 750 milliliter vann / Champagne er 0,75 kilo." Fra dette kan vi distribuere gode ol Newtons andre lov, F = ma, for å beregne akselerasjonen, som viser seg å være 9,45 meter per sekund per sekund.
"Fra videoen ser det ut til at flasken slår fyren ~ 0,5 sekunder etter å ha slått på objektet og forvandlet til et rakett," skrev Xu. Forutsatt at starthastigheten er null, "så etter 0,5 sekunder treffer flasken med en hastighet på 4,73 m / s. La oss si at flasken mister noe væske i den tiden og har bare 1,5 kilo igjen. Momentet ved påvirkning er således … 7,1 kgm / s."
Vel, det er alt veldig bra og bra du sier, men hvordan har jeg det fornuftig? Ikke bekymre deg, Dr. Xu har ryggen din.
"For sammenligning," skrev han, "et baseball har en masse på 0.145 kilo, og en 90 mph fastball er ~ 40 m / s. Så et 90 mph-baseball ville slå med en fart på 5,8 kgm / s. Dermed slår flasken fyren som en 110 mph fastball."
Det må skje.
Sitatene er redigert for å erstatte forkortede enhetnavn med deres fullstendige versjoner
Google CEO Sundar Pichai bare kastet inn med Apple versus FBI
Teknologifællesskabet fortsetter å avvise at det går på kompromiss med produktsikkerhet.
NASA utgir rakett og fly patenter for spacex og blå opprinnelse for å vaske tenner inn
Som USA fortsetter å skifte seg bort fra romreiser utført av den statlig finansierte enheten, NASA, har byrået besluttet å sette sine avanserte forskerte teknologier bedre til bruk. I dag annonserte NASA at det har gitt ut 56 av tidligere patenterte teknologier til det offentlige området. Mens noen kan teoretiskall ...
Hvordan være den fyren fyren
Akkurat som gutter, også jenter vil ha en mann som skal ta pusten fra henne. Men for å være en virkelig het fyr, må du være totalpakken.