Что происходит, когда движущееся транспортное средство теряет всю свою кинетическую энергию сразу

Именно это происходило с автомобилями до того, как Volvo представила манекены для краш-тестов.

Когда я рос, многие из друзей моих родителей постоянно сетовали на то, что автомобили «просто устроены не так, как раньше», и большая часть этого заключалась в том, что они просто не чувствовали себя в безопасности в машинах, которые не были построены, чтобы быть крепкими; Солидные хромированные бампера, очень жесткое толстое металлическое шасси и двери и др. Конечно, теперь мы знаем, что автомобили, о которых они говорили, на самом деле были смертельными ловушками.

Volvo представила концепцию испытаний автомобилей в авариях и воздействия на людей с помощью манекенов для краш-тестов. Вскоре после этого на рынок были выпущены автомобили Volvo с «зонами деформации», которые позволяли рассеивать кинетическую энергию до того, как она достигала пассажиров. Идея состоит в том, что если автомобили во что-то врежутся, кинетическая энергия будет поглощена зоной деформации, а относительное влияние изменения импульса на водителя и пассажиров уменьшится.

Теперь мы доводим это до еще больших пределов с подушками безопасности, креплениями двигателя, которые опускают двигатель в случае аварии, ремнями безопасности и т. д.

В конечном счете, то, что вы описываете, это именно то, что происходило, когда старые тяжелые жесткие автомобили врезались в стены или друг в друга. Кинетическая энергия автомобиля сразу уменьшилась до нуля, а кинетическая энергия пассажиров — нет.

Результат? Смерть, в основном. Люди ударяются о руль, окна, рычаги переключения передач и т. д. на скорости 100 км/ч (~62 мили в час). Эти автомобили (несмотря на мнение их водителей) по своей сути были небезопасными. В конце концов, мгновенно украсть кинетическую энергию автомобиля можно с помощью магии или просто поставив перед ним стену. В обоих случаях, ради выживания, вы хотите, чтобы автомобиль был самым деформируемым объектом при столкновении, а не пассажиры.

В вашей текущей модели происходит прямо противоположное. На самом деле это эффективный способ серьезно повредить или даже убить людей в безопасной машине.

То, что все уже говорили о смерти из-за столкновения с приборной панелью и рулем, плюс проблема с ремнем безопасности... Ну, вроде того.

Не забывайте, что температура зависит от кинетической энергии атомов. Высасывая практически все это из автомобиля, он будет чуть выше абсолютного нуля (у него все еще останется энергия от теплопередачи). Различные компоненты автомобиля, а также жидкости и топливо в его резервуарах и двигателе будут переходить из твердого, жидкого и газообразного состояния в различные интересные состояния вещества., так что он, вероятно, перестанет быть автомобилем за доли секунды. У меня нет должным образом оборудованной лаборатории или одноразовой машины для испытаний, но я думаю, что машина развалится до того, как водитель умрет от удара. Однако они по-прежнему будут сталкиваться с чем-то, что не предназначено для безопасного столкновения, и в зависимости от того, во что трансмогрифицируется автомобиль, он может стать неньютоновской жидкостью или очень твердым твердым блоком, в основном имеющим форму автомобиля.

Есть один очень интересный сценарий. При такой быстрой заморозке молекул молекулярные связи могут быть разрушены. Некоторые вещи станут сверхтекучими при температуре, близкой к абсолютному нулю... Короче говоря, если бы машина в целом стала сверхтекучей, водитель (который сохранил бы свой импульс) пролетал бы сквозь нее, как призрак. Затем они умрут, ударившись об асфальт на большой скорости, в то время как вся поверхность их тела будет покрыта очень тонким слоем жидкости с температурой ~0 Кельвинов. Если они переживут удар, жидкость попадет им в глазные яблоки, легкие, поры кожи и интимные места, убив их от удушья и случайного переохлаждения.

Между тем, вы говорите, что энергия автомобиля передается на землю внизу. Речь идет о том, чтобы взять тепловую энергию объекта массой от 1 до 2 тонн и передать всю ее на землю.

Удельная теплоемкость асфальта почти вдвое выше, чем у стали . Для упрощения будем считать, что удельные теплоемкости постоянны и не зависят от температуры, что автомобиль сделан полностью из стали, и сделаем некоторые округления. Если пересаживаться с машины на равномассовый асфальт, то на каждые два градуса машина остывает, асфальт нагревается на один. Это произойдет с любой шкалой, например: Кельвин, Цельсий или Фаренгейт. Если машина остынет на 300К (около температуры окружающей среды во многих местах), то асфальт нагреется на 150К. Если бы вы стояли на нем босиком, вы могли бы получить ожоги 2-й или 3-й степени на подошвах. Если вы переключаетесь только на асфальт в контакте с шинами, асфальт, вероятно, расплавится. В зависимости от его качества, в нем может быть достаточно газа, чтобы он взорвался.

Так как бывшая машина будет на ней, горячий асфальт будет обмениваться теплом с бозе-эйнштейновскими конденсатами, сверхтекучими жидкостями и прочим. Это также, вероятно, вызовет взрывы, достаточно сильные, чтобы убить любого, кто находится рядом с ним.

В общем, я думаю, что использование вашего магического заклинания в качестве тормозного механизма для автомобилей должно быть сочтено небезопасным транспортными властями во всем мире.

Ваш человек умрет, но не потому, что он столкнулся с машиной. На самом деле их убивает ремень безопасности. Несколько сантиметров вокруг человека двигаются, но ремень безопасности не вытягивается, потому что он на катушке, и вы остановили движение этой части. Когда машина останавливается, ваш человек должен двигаться вперед к приборной панели и фактически умирать, но ремень безопасности будет удерживать его тело на месте. Единственная проблема в том, что их голова будет продолжать двигаться вперед, и с таким огромным количеством G она, вероятно, сломает им шею, что убьет их.

Я поместил цифры на веб-сайт с помощью калькулятора перегрузок. https://rechneronline.de/g-acceleration/ 60 миль в час до 0 за 0,001 секунды приведут к -2700G, что выше, чем максимальное протестированное ускорение в 46,2G (и это было в противоположном направлении). Так что можно с уверенностью сказать, что они мертвы.

Поэтому, исходя из этого, я не уверен, сломаете ли вы сначала шею, или ваш ремень безопасности не сработает и отправит ваше тело и опущенную голову в приборную панель, что затем убьет вас. В любом случае у вас есть мертвец.

На автомобильную часть вопроса был дан довольно хороший ответ, но я думаю, что могу добавить к велосипедной части.

Если я правильно понял, ваше заклинание крадет кинетическую энергию у целевого объекта, но фактически не удерживает его на месте. При нацеливании на автомобиль этот момент не имеет значения, но велосипеды обычно весят намного меньше, чем велосипедист. Так что в этом случае часть велосипеда «останавливается» при краже кинетической энергии, но в тот же момент сталкивается с еще движущимися частями и с велосипедистом. Это можно сравнить с разбегом и прыжком на стоячем велосипеде или с привязанной к велосипеду слабой веревкой, которая рвется, когда натягивается. Это, конечно, выведет неподготовленного гонщика из равновесия, но не обязательно приведет к аварии. И уж точно не тот сценарий, в котором велосипед останавливается как вкопанный, а всадник катится вперед (хотя мотоцикл ближе к этому, поскольку он обычно тяжелее всадника).

То же самое, что произошло бы, если бы автомобиль передал всю свою кинетическую энергию скале, врезавшись в нее. То, что выживет, будет зависеть от того, сколько времени займет передача. Кроме того, все, на что передается кинетическая энергия, имеет точно такую ​​же проблему (хотя оно могло бы быть лучше подготовлено к ее решению).

Если вы пытаетесь придерживаться настоящей физики, помните, что абсолютной системы отсчета не существует. У вас нет «нулевой кинетической энергии» или «потери всей кинетической энергии». Вы отдыхаете в какой-то системе отсчета. В повседневной жизни обычно думают об этом как об инерциальной системе отсчета того, на чем мы стоим, или, возможно, о поверхности Земли, на которой мы находимся, если мы в настоящее время движемся относительно нее и смотрим в окно. Такая интуиция на самом деле не является логически последовательной.

Если что-то еще «крадет» кинетическую энергию у объекта, соответствующей системой отсчета вместо этого может быть то, что получает энергию, или кто-то, кто накладывает заклинание. Любая из этих возможностей открывает возможности для умных махинаций.

Кинетическая энергия уходит в другую среду. Он не перетекает в другой объект, поэтому нет повреждений при столкновении, как вы уже предложили. К сожалению, есть две проблемы, давайте начнем с меньшей:

Парень в машине не дает забрать его кинетическую энергию (и часть его стула), поэтому, пока машина останавливается, парень все еще едет со скоростью 60 миль в час. Обычно зона деформации помогла бы парню замедлиться, но этого не происходит, и без шока при обычном столкновении подушка безопасности не сработает, поэтому, по сути, он ударяется о приборную панель и ремень безопасности на скорости 60 миль в час и, вероятно, умирает.

Теперь к более серьезной проблеме: Земля движется со скоростью 30 км/с по сравнению с Солнцем, 300 с лишним км/с вокруг центра вселенной и около 600 км/с по сравнению с «системой покоя». Вы берете ВСЮ его кинетическую энергию, это означает, что он либо врежется в землю, либо в атмосферу на смехотворных скоростях. Быть ЗАПУЩЕННЫМ в шторм Сатурна с орбиты более дружелюбно, чем высосать всю вашу кинетическую энергию. Также возникает вопрос о том, куда девается столько энергии, если вы ее преобразуете, это должно быть хорошее место для ее хранения. Поэтому я надеюсь, что маги используют себя или центр земли в качестве системы отсчета, чтобы избежать этого. Даже в этом случае проблема номер 1 все равно вас убьет.

Теорема импульса утверждает, что$m\times\delta v = F\times \delta t$, или$F = m \times \delta v /\delta t$

Подставляя в эту формулу ваши числа, получаем$F = 1300kg \times \frac{27\frac{m}{s}}{0.001s} = 35.1 \times 10^6 N$

Это огромная сила, и именно это обычно происходит, когда автомобиль сталкивается с твердым и неподвижным препятствием. Может быть, быстрее.

Убивает не скорость, а внезапное замедление

Вся эта кинетическая энергия будет преобразована в пластическую деформацию, а затем в тепло.

Структурная целостность автомобиля должна оставаться неповрежденной. Если все механические части полностью остановятся одновременно, они не должны слишком сильно обижаться на то, что их так грубо прервали.

Подушки безопасности не сработали бы, если только ваша магия не пощадит акселерометры, которые их запускают. С другой стороны, ремни безопасности могут срабатывать при ускорении автомобиля и/или при достаточно сильном ударе чем-то по ремню. Мой ремень срабатывает, когда я дергаюсь в кресле на красный свет, от 96 до 0 тоже сработает . Очевидно, это предполагает, что в вашем мире есть (функционирующие) ремни безопасности, иначе вам конец.

Все, что не прикреплено к машине, улетит со скоростью 96 км/ч и умрет и/или убьет все, с чем соприкоснется. Даже мягкая подушка убьет вас, PSA: вот почему вы не кладете лишние вещи на задние сиденья.

Все, что прикреплено в машине, все равно во что- нибудь врежется (а именно в ремень безопасности) на скорости 96 км/ч, что означает серьезные травмы вплоть до летального исхода. Основная проблема заключается в том, что ваше тело достаточно гибкое, поэтому пояс не будет сильно влиять на некоторые части. В то время как ваша грудная клетка будет раздавлена ​​ударом, голова будет стремиться отлететь. На скорости 96 км/ч я бы не хотел оказаться на твоей шее.

Спасением здесь будет удар по подушке безопасности (которая помешает вашей голове слишком сильно опережать себя, если она сработает ) или, что в любом случае, более надежно, шейные скобы, подобные тем, которые используются в гоночных автомобилях. Это облегчит эту проблему достаточно, чтобы рассмотреть вопрос о выживании и продолжении этого ответа.

Тогда то, насколько хорошо пассажиры будут жить, будет зависеть от их физического состояния, от того, как они пристегнуты ремнями безопасности (также PSA: есть правильный способ и много неправильных), от скорости «крушения», от того, как они себя чувствуют. сидячий и др.

Одна небольшая последняя деталь — это тупики автомобиля, но не те, что за ним. Когда вы врезаетесь в стену, обычно другие автомобили не следуют за вами, стены редко встречаются на дороге. Позади вас будут аварии, хотя, конечно, вы все равно стали бы причиной аварии, если бы позволили своей машине разбиться посреди дороги.

Но, как блестяще заметил Тим Би II , современные автомобили созданы для того, чтобы грациозно разбиваться. Вероятно, лучше позволить старым добрым инженерам сделать эту работу, а не магии. Также блестяще отмеченные акселерометры являются частью автомобиля, что имеет значение для подушек безопасности.

Что касается велосипеда, вы все равно можете слететь с велосипеда, и если вы не ударите велосипед (или что-то еще) по дороге, вы можете соскочить с дороги. У меня есть одно слово, чтобы описать это: ой.

Ваша выживаемость будет зависеть в основном от того, насколько хорошо вы экипированы. Вы, вероятно, захотите носить то же снаряжение, которое носят мотоциклисты (или, по крайней мере, должны носить их, они не все носят, и это на них): шлемы, перчатки и жилеты с набивкой, чтобы не поцарапать кожу о бетон.

На велосипеде я не думаю, что вы подвергаетесь особому риску смерти (если только вы не приземлитесь на шею и не упадете другим образом), если вы хотя бы наденете шлем. Другие травмы не будут такими вопиющими, как на мотоцикле, но я бы все же посоветовал вам носить весь шебанг, если вам не нравятся сильные ожоги на коже.

Если Ek = m/2 * v², другая возможность состоит в том, что автомобиль теряет свою массу, а не скорость. Я предполагаю, что это будет выглядеть как вспышка света, потому что А) свет якобы не имеет массы и Б) это будет выглядеть чертовски круто, но это чистое предположение. Но представьте себе, как пассажиры взлетают в воздух и приземляются на землю задницей, как весело (если не считать ожогов от скольжения по земле).

Большинство ответов здесь сосредоточены на «краже» кинетической энергии путем удаления скорости; учтите, что кинетическая энергия также может быть украдена путем отрицания массы объекта. Преимущество этого механизма в том, что он постоянно крадет кинетическую энергию во всех системах отсчета, а не только у мага или дороги.

Немедленные эффекты

Пассажир автомобиля теперь доминирует над его массой. Опрокидывание становится самым большим риском без нижнего веса двигателя и шасси. Риск ветра также увеличивается, поскольку автомобиль имеет ту же площадь поверхности с гораздо меньшей инерцией и силой гравитации, удерживающими его на дороге; на высоких скоростях автомобиль может даже перевернуться. С другой стороны, риск заноса не должен увеличиваться, поскольку потеря массы (и силы гравитации) пропорционально уменьшает трение и инерцию.

Столкновение

Если столкновение произошло в этом состоянии, риск хлыстовой травмы увеличивается без большого фильтра нижних частот массы автомобиля, и зоны деформации не будут работать правильно, если масса автомобиля не сомнет их; ремни безопасности и подушки безопасности будут работать как обычно, а риск травм от быстрого срабатывания самой подушки безопасности может быть полностью сведен на нет.

Велосипед

Байкер, скорее всего, потеряет равновесие и упадет из-за внезапной потери гироскопической стабилизации его колес.

Хотя все ответы, отражающие состояние водителя, когда он обнаруживает, что его среда внезапно движется со скоростью -60 миль в час относительно его системы отсчета, безусловно, имеют свои достоинства, то есть, по всей вероятности, совершенно мертвы после столкновения с указанной средой, я хотел бы задуматься о судьбе мага.

По закону сохранения энергии вы не можете просто украсть энергию, она должна куда-то деться. Поскольку именно маг применяет эту силу, я рискну предположить, что именно маг должен будет поглотить украденную кинетическую энергию. Это может быть комбинация преобразования в тепло (маг) или кинетическую энергию (маг). Количество поглощаемой энергии равно:

• E = 0,5 * м _{автомобиля} * скорость _{автомобиля} ² ~ 5 МДж (для автомобиля массой примерно 1300 кг, движущегося со скоростью 60 миль в час)

Преобразование кинетической энергии автомобиля в кинетическую энергию фокусника (относительно земли) оттолкнет фокусника от земли на:

• v _magician = sqrt( 2E / m _magician ), что для фокусника весом примерно 80 кг составляет ~ 240 миль в час в том же направлении, что и автомобиль (сохранение импульса) или, при использовании таких устройств, как качели, в другом направлении . Вероятно, это не очень хорошая идея.

Перевод кинетической энергии автомобиля в тепло значительно разогреет мага.

• Если предположить, что маг представляет собой мешок с водой весом 80 кг, что является достаточно хорошим приближением, а также предположить равномерное распределение нагрева по всему магу, то это приведет к повышению температуры T = E / (C _воды * m _мага ). ) = 5M/(4184*80) ~ 16 градусов по Цельсию. Поскольку мозг перестает работать, когда становится слишком жарко (а 16 градусов, безусловно, считаются слишком жаркими), это, вероятно, тоже не очень хорошая идея.

Таким образом, если убить водителя уже было недостаточно, указанное заклинание, скорее всего, убьет и мага, если только энергия не была отведена в другое место, где она рассеивается безвредно, например, на увеличение тепла (фоновой температуры) Вселенной в целом. .

В современном 3-точечном ремне безопасности замедление приводит к срабатыванию механизма блокировки на катушке. В механизме есть небольшой маятник, который улавливает внезапные изменения движения.
В вашем сценарии с задержанным импульсом катушка и маятник полностью заблокированы на время замедления (более или менее мгновенного), но, что очень важно, движение человека вперед не приведет к срабатыванию маятникового механизма. это означает, что вытянутый ремень безопасности вообще не удержит их.
Таким образом, ваш водитель и любые пассажиры будут лететь вперед со скоростью 60 миль в час практически без сопротивления.

Они попадут в приборную панель за долю секунды. Подушка безопасности не пойдет им навстречу в другом направлении, поэтому они со всей силой врезаются в приборную панель и ломают себе колени, руки и, возможно, грудную клетку.

Скорее всего, они будут выброшены из машины головой вперед через ветровое стекло, но они все еще в привязи, поэтому они уйдут настолько далеко, насколько им позволит катушка, а затем резко кувыркаются, когда ремень безопасности достигает своего предела. предел.
Ожидайте переломы костей везде, где ремень безопасности соприкасался в этот момент.

Они будут мертвы от удара тупым предметом и будут найдены искалеченными во многих ярдах дальше по дороге. Непосредственной причиной смерти станет перелом шеи и черепно-мозговая травма в результате пробития лобового стекла на скорости 60 миль в час без каких-либо ограничений.

Излишне говорить, что любые незакрепленные предметы в машине также будут делать это, и перед автомобилем тоже будет брызги мусора.

Не красиво.

С другой стороны, это зависит от того, расположены ли механизмы катушки/маятника за пределами антимагического пузыря вокруг драйвера.

Если пузырь охватывает маятник, ваш ремень безопасности будет работать в основном так, как задумано, даже если часть ремня находится за его пределами. Фактическое движение ремня происходит после потери импульса, поэтому единственная важная часть — это маятник.

В этом случае ожидайте, что пассажир вместо этого умрет от перелома шеи в результате хлыстовой травмы, поскольку его ремень безопасности удерживает его туловище на месте, а его голова резко наклоняется вперед. Опять же, ни подушка безопасности, ни какое-либо другое защитное оборудование не будут работать.

Выживание в любом сценарии было бы просто чудом, и им потребуется немедленная медицинская помощь.

Забавно, если граница магического щита пересекает атомы (что, я думаю, вполне вероятно, хотя я и не проводил расчетов), ваш сценарий остановки части транспортного средства приведет к довольно резкому ядерному расщеплению вокруг водителя, возможно, высвобождая гораздо больше тепла, чем безопасно для человека.

Теперь вы играете с порталами

Постройте фанерную стену посреди бобслейной трассы, в месте, где любой опытный санщик будет разгоняться до 88 миль в час. Покрасьте его лунной пылью, пастельной базой Sherwin Williams Decora Plus H2 или любым другим покрытием, подходящим для порталов. Откройте там портал.

Возьмите полуприцеп. Постройте на нем плоскую поверхность, практически доходящую до земли. Также покрасьте его портальной поверхностью. Откройте там портал.

Включите полупривод со скоростью 88 миль в час. Отправить бобслей вниз.

Бум, бобслей сидит посреди шоссе и полностью остановился. Его кинетическая энергия была украдена. Операторы не чувствуют ни ускорений, ни рывков. Это просто работает.

Вы можете сделать то же самое со скоростным катером и терпящим бедствие самолетом: катер мчится вниз по реке со скоростью 90 миль в час, а самолет влетает в гору с порталом на скорости 130 миль в час. Внезапно самолет выскакивает над рекой на скорости 40 миль в час, мгновенно терпит аэродинамическое сваливание и падает на несколько футов в реку, смягчаясь рекой.

С этой концепцией и идеей манипулирования системой отсчета вы сможете найти другие способы украсть (отменить) кинетическую энергию в вашей магической системе. По сути, вы подметаете контрольную точку так, что желаемая кинетическая энергия отменяется.

Вращательная сила является проблемой. В моем первом наброске использовалась машина. Линейная скорость автомобиля работает нормально, но есть большая проблема со скоростью вращения манипуляторов автомобиля. Это будет страдать от экстремального ускорения и рывков из-за быстрого изменения скорости вращения. Поэтому я переключился на бобслей.

Результат должен быть почти таким же, как если бы автомобиль вообще никогда не двигался, но пассажир вылетает из-за автомобиля на скорости 60 миль в час и (после «призрака» через заднюю часть до сиденья включительно) разбивается. в (переднюю часть) автомобиля. Это далеко не здорово.

Строго говоря, мы должны сделать так, как если бы часть автомобиля в 3-6 дюймов вокруг пассажира летела вместе с ним, но для человека это ничего не изменит. Разница только в целостности автомобиля (или лучше сказать в составе его обломков?), в зависимости от того, насколько "мягко" поле затухает по мере удаления от человека (если переход "жесткий" на атомарном уровне, части по существу оторвутся от основной машины, как если бы они никогда не соединялись раньше; если переход будет очень мягким, а детали деформируемыми, они могут в конечном итоге жестоко разорваться или «просто» деформироваться, как если бы неудержимый тяжелый танк врезался в детали из них на скорости 60 миль в час...

При столкновении 3 удара. Ваш автомобиль перестает двигаться. Человек сталкивается с транспортным средством/асфальтом.

И ваши органы попали внутрь вашей грудной клетки/черепа. Это сжимает ваш очаг и легкие по сравнению с грудиной и ребрами. Также ваш мозг рикошетит внутри черепа о кость.

Вот почему, даже если вы выглядите нормально со стороны, ваше состояние может быть критическим.

Я думаю, что машина мгновенно исчезнет. Автомобиль мгновенно достигнет абсолютного нуля.

Замедление водителя на 60 миль в час ничто по сравнению с мгновенным замедлением на 10 000 миль в час (или выше) относительно Солнечной системы и галактики. Мгновенная смерть водителя.

Автомобиль мгновенно приблизился бы к некоторому проценту скорости света относительно других близлежащих объектов, что означало бы, что время внутри автомобиля может быть затронуто.

Масса автомобиля будет одновременно увеличиваться в геометрической прогрессии из-за высоких относительных скоростей.

Я думаю, машина разлетелась бы в микроскопических масштабах, и если бы водитель каким-то чудом выжил после торможения, то сразу же оказался бы в космическом вакууме, окруженном облаком пыли из микрочастиц того, что осталось от машины при температуре, близкой к абсолютному нулю.

Пылевое облако бесконечной массы создало бы черную дыру (надеюсь, достаточно далеко от нашей галактики), засасывающую водителя.