Mit meiner weltverändernden Erfindung und meinem massiven Intellekt habe ich das perfekte Verteidigungswerkzeug für mich selbst und alle Schergen , die geschätzte Freunde sind, geschaffen, von denen ich glaube, dass sie eines brauchen könnten.
Das Werkzeug ist ein Superanzug, der eigentlich nicht existiert, bis er gebraucht wird. Der Anzug wird als Armband getragen, und wenn es aktiviert wird, nimmt das Armband die gesamte Luft (und Kleidung) in seiner unmittelbaren Umgebung auf und beginnt, sie (verlustfrei, einschließlich aller Bindungs-/Ruheenergien) in die metallischen Komponenten des zu verwandeln Anzug, der sich schnell nach außen über den Körper des Benutzers ausdehnt. Die Wachstumsrate des Anzugs über der Person ist exponentiell, da mehr Luft für die Umwandlung verfügbar wird. Sobald der Anzug vollständig fertiggestellt ist, ist der Träger praktisch unempfindlich gegen alle bekannten Waffen, ganz zu schweigen von superstark, superschnell und mit voll funktionsfähiger Lebenserhaltung ausgestattet.
Die Frage lautet: Angesichts der Tatsache, dass die Materialien, aus denen der Anzug besteht, ungefähr 20 kg Eisen entsprechen: Wie viel Luft wird benötigt, um den Anzug herzustellen, und wird dies einen nennenswerten Windstoß verursachen, wenn der Anzug mit maximaler Geschwindigkeit angelegt wird? auf Meereshöhe? Für Bonuspunkte errechnen Sie die Höchstgeschwindigkeit.
Der Einfachheit halber fügt Kleidung der Gleichung keine nennenswerte Energie hinzu (angenommen, alle sind splitternackt).
Eine kurze Anmerkung: Obwohl die Prämisse der Frage nicht schwer ist, sind für diese Gleichungen / Arbeiten erforderlich, daher das Tag "Hard-Science" und nicht "Science Based".
Angenommen, bei "verlustfreier Transmutation" geht es uns nur um Masse.
Trockene Luft hat eine Dichte von 1,2 kg/m bei stp. Wenn Ihre Rüstung 20 kg wiegt, verbraucht sie 16 m der Luft in ihrer Transmutation.
Dies würde einen spürbaren Wind erzeugen.
Ein kurzer Haftungsausschluss: Ich weiß, dass ich weder in Chemie noch in Fluiddynamik genug weiß (daher habe ich die Frage gestellt). Wenn Sie also einen Fehler entdecken, korrigieren Sie ihn bitte.
Annahmen: Die Luft befindet sich bei STP und besteht vollständig aus elementarem Stickstoff. Ich gehe auch davon aus, dass die molekulare Bindungsenergie 0 ist, da sie im Vergleich zu den anderen eine so kleine Zahl darstellt.
Die Gesamtmenge an Energie, die in jedem Material vorhanden ist, wird sein:
E Rest + E Kernbindung = E Gesamt
wobei nuklear und molekular beide Bindungsenergien sind. Nehmen wir einfach eine Annäherung erster Ordnung dieser Energien, um zu überprüfen, ob die Bindungsenergie tatsächlich wichtig ist. Da wir eine Annäherung erster Ordnung durchführen, interessiere ich mich nur für die erste signifikante Ziffer und die Anzahl der Nullen, also für die Farbe:
E Resteisen = 20kg * (3*10 8 ) 2 = 10 18 Joule
E Kernbindungseisen = 10 -12 j * 300 mol * 6*10 23 = 2*10 14 Joule
OK. Nicht wirklich nahe genug, um sich um diese zusätzliche Energie zu kümmern. Aber reicht der Unterschied zwischen der Bindungsenergie von Eisen und Stickstoff aus, um sich darum zu kümmern? Dies könnte etwas schwierig sein, da die Gesamtbindungsenergie der Luft davon abhängt, wie viele Stickstoffatome der Anzug absorbieren muss, was von der Differenz der Bindungsenergien zwischen Eisen und Stickstoff abhängt, aber nehmen wir einfach an, dass es so ist 20 kg Stickstoff umwandeln (ich präzisiere hier meine ungefähren Zahlen).
E Kernbindungseisen = 1,408*10 -12 j * 358 mol * 6*10 23 = 3,024*10 14
E Kernbindungs -Stickstoff = 1,233*10 -12 j * 1427 mol * 6*10 23 = 1,055*10 15
E diff = 7,526*10^14 Joule
Um dies in Zusammenhang zu bringen, beträgt der Unterschied in der Bindungsenergie zwischen 20 kg Stickstoff und 20 kg Eisen 0,07 % der Gesamtenergie.
Wir brauchen etwas weniger Luft, als die reine Ruheenergieumwandlung vermuten lässt, aber nicht wirklich genug, um wahrnehmbar zu sein. Wir können davon ausgehen, dass wir 20 kg Stickstoff benötigen, was übersetzt bedeutet:
20kg/1,25kg/m3 = 16m3
von Stickstoffgas (wie Sphenning in seiner Antwort feststellte).
Nun zu der Frage, ob der Anzug in angemessener Zeit tatsächlich so viel Luft aufnehmen kann. Ich gehe davon aus, dass der Anzug wie ein perfektes Rohr in ein perfektes Vakuum wirkt. Während sich die Größe des Anzugs dynamisch ändert, werde ich nur die beiden Extremfälle Armbandanzug und Ganzkörperanzug betrachten. Ich tue dies, um die Dinge zu vereinfachen, da meine Flussdynamik schwach ist.
Der Luftstrom in den Anzug erreicht fast augenblicklich seine Spitzengeschwindigkeit (Schallgeschwindigkeit). Es wird auch seine maximale Massentransfergeschwindigkeit erreichen . An diesem Punkt ist es "erstickt" und es wird nicht schneller mehr Luft in das Armband gedrückt. Wir können den Volumenstrom also berechnen als
Anzugsbereich * Schallgeschwindigkeit
Unter der Annahme, dass das Armband eine Fläche von 0,1 m 2 darstellt , bedeutet dies, dass wir theoretisch 34,3 m 3 Luft pro Sekunde bewegen können oder dass unser Anzug in etwa einer halben Sekunde nur mit dem Armband vollständig entfaltet werden kann. Wenn der volle Anzug 1,8 m 2 groß ist, kann er in 0,025 Sekunden die erforderliche Luft bekommen (um sich wieder neu aufzubauen).
Würde dies als Wind klassifiziert werden?
Absolut.
Es hätte auch einige unbeabsichtigte Nebenwirkungen. Erstens: Der Lärm wäre immens. Zweitens: Objekte in der Nähe würden durch die Stoßwelle der Niederdruckluft, die sich aus dem Anzug nach außen bewegt, herumgeschleudert (oder möglicherweise zerbrochen). Drittens: Sobald der Anzug mit dem Entfalten fertig ist, wird immer noch eine Menge Luft in seine Richtung strömen, um die entfernte Luft zu ersetzen. Diese neue Luft würde sich dann kopfüber nicht ins Vakuum, sondern in einen soliden Superanzug stürzen. Es würde abprallen und als zweite Luftstoßwelle zurückfliegen, die sich als sehr lauter Knall manifestieren würde.
Kurzum: Dieser Anzug würde nicht nur Wind machen. Es würde auch einen Donnerschlag verursachen.
Königslöwe
Otto Normalverbraucher
AlexP
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