Energía necesaria para que Superman despegue y vuele a la velocidad del sonido

Acabo de ver "Man of Steel" y me pregunto si mi lógica es correcta.

Supongamos que Superman pesa 80 kg. La energía requerida para despegar del resto para alcanzar la velocidad del sonido en el aire (si desprecio la resistencia) es:

mi k = 0.5 metro v 2 = 0.5 ⋅ 80 ⋅ 340 2 = 4 × 10 6   j .

También agregue la energía potencial en la altura h , mi pags = metro gramo h = 784 h ≈ 0.2 × 10 6   j (Supongamos que en h = 300   metro )

La energía total es aproximadamente 4.8 × 10 6   j .

Superman obtiene su energía del sol. Suponga que el flujo solar en la superficie de la Tierra es 1340   W / metro 2 (máx.), y el área de superficie de Superman es aproximadamente 2   metro 2 (calculado usando la fórmula de Du Bois). Entonces la energía máxima que puede absorber Superman en la Tierra es 2 ⋅ 1340 = 2680   j por segundo. (El flujo solar es mucho menor en la superficie, pero aquí usé este valor de todos modos).

Luego, para despegar, necesita esperar:

( 4.8 × 10 6 ) / 2680 ≈ 1791   s ≈ 29,9 min .

No parece correcto. Por favor, corríjame si estoy equivocado. (Esto está cerca de la situación perfecta, que ignora muchos factores que podrían hacer que el tiempo de carga sea más largo. Esto también asume que su tanque está vacío. Gracias por señalarlo. Si está interesado, no dude en escribir una estimación más realista) .)

¿Por qué crees que está mal?
Solo pensé que la película debe tener algún tipo de respaldo científico, no debería haber hecho un modelo en el que Superman necesita 30 minutos de carga para despegar.
Creo que los requisitos de energía no deberían ser tu primera preocupación cuando se trata de realismo y superhombre. Todo es solo 'cómic-libro-física'.
Sí, estoy de acuerdo, pero ¿es esta la forma correcta de ver este "problema"?
Por lo que puedo decir sin haber visto la película, sí. Aunque esta es solo la mejor situación perfecta. La atmósfera absorberá parte de la luz solar, reduciendo el flujo solar, y no todos 2   metro 2 del cuerpo del super hombre absorberá la luz del sol. Y eso sin siquiera considerar la eficiencia del 'sistema de propulsión' del superhombre.
Además, los requisitos de energía para mantener esa velocidad son enormes, considerando que su capa realmente no ayuda a reducir la resistencia.
¿Por qué crees que no almacena energía solar? Entonces, ¿no necesita esperar 30 minutos para despegar?
Supongo que su tanque está vacío. Por supuesto, si incluye la energía que almacenó en 20 años (suponiendo que su almacenamiento sea perfecto, sin pérdidas), entonces puede volar durante unos 7 días. O despegar unas 20.000 veces.
Pero sabes que su consumo es mucho más rápido que su carga. A menos que vaya al Sol por una semana de vacaciones y regrese para encontrar que la Tierra se ha ido...
Jajajaja, además, nunca se sabe cuánta energía le dio la estrella de Krypton cuando era un bebé. :P @KyleKanos ;)
Sin embargo, tenga en cuenta que para mantener la velocidad solo tiene que superar las fuerzas de arrastre, que probablemente serán mucho menos que la energía necesaria para acelerar. Esto podría calcularse dada la resistencia a la presión (bueno, Superman no tiene una forma de gota perfecta), la resistencia a la piel (incluso los trajes aerodinámicos de los patinadores sobre hielo producen mucha resistencia) y, por último, pero no menos importante, la resistencia a las olas (depende de la longitud de mucho el brazo de superman durante el vuelo :P). De hecho, podría ser una pregunta hipotética interesante para xkcd ><
jaja es justo... pero pensé que las estrellas de Kyrpton son mucho más tenues (menos luminosas) en comparación con el Sol... y, por cierto, la energía que sostiene esa velocidad de vuelo es solo el trabajo realizado contra el arrastre, ¿verdad?
Oh sí. Lo había olvidado. El sol de Krypton es más viejo y rojo. Que da menos energía :P
...y eso 1340   W / metro 2 figura es el flujo en la parte superior de la atmósfera. Significativamente menos llega a la superficie. Hay una razón por la que no se ven aviones de combate con energía solar.
¿Qué te hace pensar que tiene que gastar esta energía de inmediato? También se cargará durante el vuelo. Eso despedirá unos minutos del período de carga.
@MichaelBrown Tiene toda la razón, por eso indiqué en la pregunta que esta es una situación casi perfecta y, si la considera en detalle, solo hará que el tiempo de carga sea más largo.
@udiboy Sí, estoy de acuerdo, pero quiero decir que alcanza la velocidad del sonido en segundos. Entonces, durante este par de segundos, la energía que puede cargar no es significativa en comparación con su consumo. De hecho, es probable que sea menos del 0,1% por ciento de su consumo de energía... así que 29,85 se convierte en 29,82 min... lo que puede llevar a salvar la vida de Lois.
¡Excelente! Creo que las aproximaciones son válidas y el cálculo es sólido. Sin embargo, a la velocidad del sonido, espero que las fuerzas de arrastre sean significativas. Acelerando el coche, el gasto de gasolina sube a 30-35 l/100km, mientras se conduce constantemente, es de 6-7 l/100km. Esto es un mero factor de 5 y empeorará a velocidades más altas...
Hola Jin. Si aún no lo ha hecho, tómese un minuto para leer la definición de cuándo usar la etiqueta de tarea y la política de Phys.SE para problemas similares a la tarea.
Aunque irrelevante, encontrará esto interesante: en.wikipedia.org/wiki/Cartoon_physics
Esto es ka-el bajo la influencia de una estrella amarilla, nada de energía solar. Después de todo, él tiene el poder en la noche y bajo tierra. Obviamente algo más está pasando. Toca directamente el éter luminífero o tiene una extensión metabólica en una dimensión degenerada que lo conecta con el núcleo solar, o tal vez los astrónomos y electronicistas de la Energía Amarilla han estado buscando.
Sabes que no solo obtiene su energía del sol. También come comida. Probablemente de ahí extraiga su energía cuando los "tanques están vacíos". Además, su cuerpo, como el tuyo o el mío, probablemente pueda entrar en modo de inanición. Todavía podemos saltar y correr incluso después de varios días sin comer porque nuestros cuerpos pueden hacer cosas como canibalizarse a sí mismos para obtener energía. Supongo que tener poco combustible solar es similar a que nosotros estemos realmente hambrientos.
Ay dios mío. ¡Y en Star Wars, hay comunicaciones superlumínicas! Esas son películas de ficción, y bastante buenas, debo decir. No has intentado averiguar de dónde viene la energía cuando Harry Potter usa su varita, ¿verdad? PD: tal vez superman usa algún tipo de batería: absorbe energía solar y luego la usa cuando lo necesita.
De tus dos primeras declaraciones tienes 4.0 + 0.2 = 4.8 ????
FWIW, la masa de Superman es 107 kg .
Me parece sorprendente que una minoría significativa de los estudiantes de física a los que enseño en el nivel secundario estén influenciados por los héroes de los cómics. ¡Algunos de mis alumnos me han dicho que es posible hacer acrobacias de Iron Man si llevas puesto su traje! Sería bueno que los estudiantes se dieran cuenta de que la física de Hollywood es pura fantasía y nada más. En otras palabras, es MUCHO MÁS DIFÍCIL enseñar a los estudiantes a desaprender un concepto erróneo que enseñar el concepto correcto a un estudiante totalmente imparcial.
@Jim Para ampliar su sugerencia de que podría obtener la energía necesaria de los alimentos en lugar de la luz solar, 4.8 × 10 ^ 6 julios equivalen a 1147 kcal (calorías de alimentos), siempre que pueda comer una hamburguesa grande, papas fritas y tal vez un batido le iría bien para un vuelo. Hay competidores de hombres fuertes y otros atletas que comen alrededor de 10,000 calorías al día, por lo que si Superman consumió cantidades similares de alimentos, entonces su producción de energía comienza a parecer plausible.

Respuestas (2)

en realidad solo soy un estudiante de secundaria, pero espero poder ayudar.

En primer lugar, debemos especificar cómo queremos que vuele el superhombre. Asumo aquí que despega directamente hacia arriba desde la Tierra y luego vuela directamente paralelo a la superficie de la Tierra (he asumido que la Tierra es un plano, no una esfera).

Para el despegue, necesitamos dominar la gravedad de la Tierra. la energía que necesitamos es igual a la diferencia de la energía potencial gravitatoria de los 2 puntos. (1 en la superficie de la tierra y el otro en la altura adecuada, lo que supuso que eran 300 m ), por lo que tenemos:

mi = metro gramo h
mi = 80 ∗ 9.8 ∗ 300 = 2.35 ∗ 10 5 j

ahora super man esta a la altura deseada y lo unico que nos falta es darle una velocidad de sonido. la energía necesaria es la energía cinética dada por:

k = 1 / 2 ∗ metro ∗ v 2
k = 1 / 2 ∗ 80 ∗ 340 2 = 4.62 ∗ 10 6 j

la energía total es:

mi t = 48.55 ∗ 10 5 j

hasta aquí todos tus cálculos eran correctos. pero, la energía que absorbe el superhombre produce una presión sobre él y, por lo tanto, una fuerza. ¡La dirección de la fuerza es opuesta al sol, significa hacia la tierra! por lo tanto, no puede usar directamente la energía del sol para acelerar alejándose de la tierra o para alcanzar la velocidad del sonido en una dirección perpendicular a la radiación.
si asumimos que el superhombre tiene alguna "cosa" que puede convertir la energía radiativa en energía mecánica (por ejemplo, mediante el uso de píldoras solares,...), ¡entonces su cálculo es correcto! pero aún toma menos tiempo para que superman deje la tierra. ¡porque al principio no necesita tener la energía del agujero! Creo que deberíamos calcular la diferencia de energía potencial por unidad de tiempo. y compararlo con la energía recibida en el área de su cuerpo. si la energía recibida es mayor que la energía requerida, entonces puede volar. y en caso contrario, no.

Hay un problema mucho mayor dada la conservación del momento lineal: cuando Superman se aleja, ¿qué se aleja en oposición? Sorprendentemente, el Libro de Mormón parece abordar este tema. David O. McKay, 1963; edición de tapa blanda publicada en 1976; placa de color del lado izquierdo frente a la pág. 397. Esta no es la solución del Hijo de Krypton.

Energía necesaria para que Superman despegue y vuele a la velocidad del sonido
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v