Usando mi invento que cambia el mundo y mi intelecto masivo, he creado la herramienta defensiva perfecta para mí y para cualquier amigo valioso de los minions que considero que podría necesitar una.
La herramienta es un súper traje que en realidad no existe hasta que se necesita. El traje se usa como un brazalete, y cuando se activa, el brazalete tomará todo el aire (y la ropa) en su vecindad inmediata y comenzará a transmutarlo (sin pérdidas, incluidas todas las energías de unión/descanso) en los componentes metálicos del traje, expandiéndose rápidamente hacia el exterior sobre el cuerpo del usuario. La tasa de crecimiento del traje sobre la persona es exponencial a medida que hay más aire disponible para transmutar. Una vez que el traje esté completamente completo, el usuario será prácticamente impermeable a todo el armamento conocido, sin mencionar que es súper fuerte, súper rápido y está equipado con soporte vital totalmente operativo.
La pregunta es esta: Dado que los materiales que componen el traje equivalen aproximadamente a 20 kg de hierro: ¿Cuánto aire se requiere para hacer el traje? ¿Provocará esto una ráfaga de viento apreciable si el traje se aplica a la velocidad máxima? ¿al nivel del mar? Para obtener puntos de bonificación, determine cuál es la velocidad máxima.
En aras de la simplicidad, la ropa no agrega ninguna energía apreciable a la ecuación (suponga que todos están desnudos).
Una nota rápida: si bien la premisa de la pregunta no es difícil, se necesitan ecuaciones/trabajos para esta, de ahí la etiqueta 'ciencia dura' en lugar de 'basado en la ciencia'.
Suponiendo que por "transmutación sin pérdidas" todo lo que nos importa es la masa.
El aire seco tiene una densidad de 1,2 kg/m en stp. Si tu armadura pesa 20kg consumirá 16m del aire en su transmutación.
Esto crearía un viento notable.
Un descargo de responsabilidad rápido: sé que no sé lo suficiente sobre química o dinámica de fluidos (por eso hice la pregunta), así que si detecta un error, corríjalo.
Suposiciones: El aire está en STP y está compuesto completamente de nitrógeno elemental. También asumo que la energía de enlace molecular es 0, ya que representa un número tan pequeño en comparación con los demás.
La cantidad total de energía presente en cualquier material será:
E resto +E unión nuclear = E total
donde nuclear y molecular son ambas energías de enlace. Tomemos una aproximación de primer orden de estas energías para verificar si la energía de enlace es realmente importante. Como estamos haciendo una aproximación de primer orden, solo me importa el primer dígito significativo y la cantidad de ceros, así que para el palo:
E resto-hierro = 20 kg * (3*10 8 ) 2 = 10 18 julios
E hierro enlazante nuclear = 10 -12 j * 300 mol * 6*10 23 = 2*10 14 julios
ESTÁ BIEN. No lo suficientemente cerca como para preocuparse por esa energía extra. Pero, ¿la diferencia entre la energía de enlace del hierro y el nitrógeno es suficiente para preocuparse? Esto podría ser un poco complicado, ya que la energía de enlace total del aire depende de cuántos átomos de nitrógeno tiene que absorber el traje, lo cual depende de la diferencia en las energías de enlace entre el hierro y el nitrógeno, pero supongamos para empezar que es transmutando 20 kg de nitrógeno también (estoy haciendo que mis números de aproximación sean más precisos aquí).
E hierro enlazante nuclear = 1,408*10 -12 j * 358 mol * 6*10 23 = 3,024*10 14
E enlace nuclear-nitrógeno = 1,233*10 -12 j * 1427 mol * 6*10 23 = 1,055*10 15
E dif = 7.526*10^14 julios
Poniendo eso en contexto, la diferencia en la energía de enlace entre 20 kg de nitrógeno y 20 kg de hierro es 0.07% de la energía total.
Necesitamos un poco menos de aire de lo que sugeriría la conversión de energía en reposo, pero en realidad no lo suficiente como para que se note. Podemos suponer que necesitamos 20 kg de nitrógeno, lo que se traduce en:
20 kg/1,25 kg/m3 = 16 m3
de gas nitrógeno (como señaló Sphenning en su respuesta).
Ahora veamos si el traje realmente puede absorber tanto aire en un período de tiempo razonable. Supongo que el traje actúa como un tubo perfecto en un vacío perfecto. Si bien el tamaño del traje cambiará dinámicamente, solo voy a ver los dos casos extremos de traje de pulsera y traje de cuerpo completo. Estoy haciendo esto para simplificar las cosas, ya que mi dinámica de flujo es débil.
El flujo de aire en el traje alcanzará casi instantáneamente su velocidad máxima (la velocidad del sonido). También alcanzará su máxima velocidad de transferencia de masa . En ese punto, se 'ahoga' y no se forzará más aire en el brazalete más rápido. Podemos calcular el flujo volumétrico, por lo tanto, como
Área del traje * velocidad del sonido
Suponiendo que el brazalete representa 0,1 m 2 de área, esto significa que, en teoría, podemos desplazar 34,3 m 3 de aire por segundo, o que nuestro traje puede desplegarse por completo usando solo el brazalete en aproximadamente medio segundo. Si el traje completo mide 1,8 m 2 , entonces puede obtener el aire necesario (para construirse de nuevo) en 0,025 segundos.
¿Esto clasificaría como viento?
Absolutamente.
También tendría algunos efectos secundarios no deseados. En primer lugar: el ruido sería inmenso. En segundo lugar: la onda de choque del aire a baja presión que sale del traje arrojaría (o rompería) los objetos cercanos. En tercer lugar: una vez que el traje haya terminado de desplegarse, todavía habrá una gran cantidad de aire moviéndose hacia él, apresurándose a reemplazar el aire eliminado. Este nuevo aire se encontraría entonces precipitado, no en el vacío, sino en un súper traje sólido. Rebotaría y regresaría como una segunda onda expansiva de aire que se manifestaría como una explosión muy fuerte.
En esencia: este traje no solo causaría viento. También causaría un trueno.
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