Какова ампутационная способность мономолекулярного проволочного оружия?

Question

Какова ампутационная способность мономолекулярного проволочного оружия?

Самуэль

Мономолекулярное проволочное оружие - довольно распространенный элемент в научной фантастике.

Включая это фантастическое изображение , которое я нашел, изучая это: бронированный осьминог с мономолекулярным кнутом сражается с обезьяной, владеющей двумя кинжалами

Единственная невозможная вещь на этом изображении, что осьминогу нужны кости, чтобы стоять так, или мономолекулярный хлыст тоже невозможен?

Предположим, что у нас есть возможность сконструировать мономолекулярную проволоку из любого реального материала. Это израсходует размахивание руками, разрешенное для этого вопроса. Какой материал мы бы использовали и насколько он был бы эффективен для использования в качестве лезвия или кнута? ( Я видел лезвия, описываемые либо как жесткие, либо как проволочные, натянутые на открытую раму. Мне все равно, какой из них используется. )

Чтобы квалифицироваться как работающий или осуществимый, я заинтересован в том, чтобы проволока не порвалась при разрезании чего-то различной плотности, например, человеческой руки . Усилие, необходимое для этого, прочность на растяжение, острота и т. д., по-видимому, учитываются в этом единственном показателе. Ампутация конечности. Назовем это ампутацией .

Итак, можно ли отрезать руку мономолекулярной проволокой из настоящих материалов?

Если бы ни один реальный материал не работал, какие минимальные свойства реального материала нужно было бы изменить и до какой величины?

Примечание. Я решил пометить это как точные науки. Но, учитывая возможную потребность в фантастическом материале, я отказался от этого. Однако я хочу, чтобы ответы были максимально научными. Ответ «материал требует очень высокой прочности на растяжение» не является удовлетворительным, я хочу знать, насколько высокой должна быть прочность на растяжение. Цифры, люди, покажите мне цифры.

Фростфайр

Это бронированный осьминог ??? Позвольте мне быть первым, чтобы дать вам номер: +1.

Самуэль

@Frostfyre Я знаю, верно? В описании изображения было забавно писать «бронированный осьминог с мономолекулярным кнутом, сражающийся с обезьяной, вооруженной двумя кинжалами».

Уил Селвуд

Как это часто бывает, xkcd указывает на проблему: xkcd.com/697

Айфай

Я действительно хочу ответить на этот вопрос, но я недостаточно знаю о реальной науке или о том, как получить числа, чтобы выполнить ваше примечание //*рыдания*... Я могу только теоретизировать...

Самуэль

@Aify Это была бы плохая теория без научной основы. Больше похоже на предположение. Возможно, вам следует исследовать и опубликовать то, что вы можете, вы можете узнать о реальной науке в процессе.

Айфай

Оружие должно состоять именно из 1 мономолекулярного провода или их может быть несколько вместе? Основная проблема, которую я вижу с одним проводом, заключается в том, что он не очень хорошо режется - сила Ван-дер-Ваальса, вероятно, «исцелит» все, что вы только что перерезали...

Самуэль

@Aify Хороший вопрос. Я думаю, что пучок мономолекулярных проволок может начать сбиваться в простую проволоку-удавку. Но если он может оставаться эффективным в качестве режущего оружия, а не простого удушающего оружия, то я не понимаю, почему добавление нескольких в связку не сработает.

дзета

Ре. на изображении тоже маловероятно, чтобы провод был виден в таком виде: он был бы сверхтонким, и чтобы светиться, ему нужен был бы какой-то ток, вроде нити накала лампочки. Это порождает массу других проблем.

Самуэль

@sumelic Да, их обычно заставляют светиться в вымышленных условиях, потому что на невидимое оружие не очень интересно смотреть (хотя я думаю, что оно более страшное). Я понимаю, что он не будет светиться, если его не нагреть или сделать из материала, излучающего видимый свет.

Космическая обезьяна

Я отчасти чувствую, что Aify отвечает на этот вопрос :( Хотя я думаю о лазерных «струнах». Потому что вы хотите видеть это (для пользователя), а нагрев или активация его до такой степени, что он виден, с большей вероятностью потребляет что угодно настолько тонкий, что может отрезать конечности просто из-за своей конструкции Но я пишу из своей шляпы.

Айфай

Еще один вопрос: должно ли оно быть ПРОВОДНЫМ, или оружие подходит, если лезвие имеет толщину всего в одну молекулу?

Самуэль

@Aify Это должен быть провод. Одномолекулярное холодное оружие теоретически может быть таким же простым, как обсидиан.

Айфай

Самая большая проблема с этим мономолекулярным проводом заключается в том, что его фактически невозможно визуализировать с научной точки зрения (если только нет какой-то молекулы, которая связывается сама с собой по прямой линии, о которой я никогда не слышал или не забыл). Рассмотрим на мгновение углекислый газ. CO2 связывается прямыми линиями, но когда вы пытаетесь сложить его вместе, все становится хаотично, и это уже не прямая линия. Он не может удерживать ребро толщиной «1» молекулы во всех направлениях.

Айфай

Теперь рассмотрим графен — это самое близкое, что я мог придумать, с краем в 1 молекулу, но это листы, и они не бывают в виде проволоки, состоящей из 1 молекулы со всех сторон, и поскольку вы сказали, что это ДОЛЖНА быть проволока, мы это тоже нельзя использовать. Графен уже обладает самой высокой прочностью на растяжение (значение 130000 МПа) в мире, но мы не можем использовать даже это!

Самуэль

@Aify Я думаю, вы, возможно, слишком много думаете об этом. Одну углеродную нанотрубку можно рассматривать как мономолекулярную проволоку. Если молекулы образуют край к краю, сложенные кольца или спирали, это все равно считается. Я думаю, вы ограничиваете себя, когда рассматриваете молекулы только как маленькие шарики, соединенные вместе.

Саидоро

Стоит отметить, что осьминогу на самом деле не нужны кости, чтобы стоять вот так. В обстановке, из которой это произошло, они были бы в космической среде обитания с нулевой или низкой гравитацией.

Самуэль

@Saidoro На самом деле в руководстве к игре говорится, что изображение получено из того, что «осьминоги были модифицированы, чтобы включить гибкую оболочку из хряща» в сочетании с «тщательной системой мощных мышц, соединенных с этой оболочкой, что позволяет осьминогу держать себя в вертикальном положении. " На снимке они явно не в невесомости, гравитация может быть ниже, но у них все еще есть «кости», чтобы передвигаться.

Айфай

@ Самуэль Я добавил больше к своему ответу, чтобы быть более ясным и ответить на мини-вопрос в вашей награде.

Адам

Этот пост в блоге может представлять интерес: Стихи в физике.wordpress.com /2016/11/09/…

Кингледион

Как я уже 2 года на этом сайте не видел ни этого поста, ни того баттл-осьминога! +1

Ответы (5)

Какова ампутационная способность мономолекулярного проволочного оружия?

Это бронированный осьминог ??? Позвольте мне быть первым, чтобы дать вам номер: +1.
@Frostfyre Я знаю, верно? В описании изображения было забавно писать «бронированный осьминог с мономолекулярным кнутом, сражающийся с обезьяной, вооруженной двумя кинжалами».
Как это часто бывает, xkcd указывает на проблему: xkcd.com/697
Я действительно хочу ответить на этот вопрос, но я недостаточно знаю о реальной науке или о том, как получить числа, чтобы выполнить ваше примечание //*рыдания*... Я могу только теоретизировать...
@Aify Это была бы плохая теория без научной основы. Больше похоже на предположение. Возможно, вам следует исследовать и опубликовать то, что вы можете, вы можете узнать о реальной науке в процессе.
Оружие должно состоять именно из 1 мономолекулярного провода или их может быть несколько вместе? Основная проблема, которую я вижу с одним проводом, заключается в том, что он не очень хорошо режется - сила Ван-дер-Ваальса, вероятно, «исцелит» все, что вы только что перерезали...
@Aify Хороший вопрос. Я думаю, что пучок мономолекулярных проволок может начать сбиваться в простую проволоку-удавку. Но если он может оставаться эффективным в качестве режущего оружия, а не простого удушающего оружия, то я не понимаю, почему добавление нескольких в связку не сработает.
Ре. на изображении тоже маловероятно, чтобы провод был виден в таком виде: он был бы сверхтонким, и чтобы светиться, ему нужен был бы какой-то ток, вроде нити накала лампочки. Это порождает массу других проблем.
@sumelic Да, их обычно заставляют светиться в вымышленных условиях, потому что на невидимое оружие не очень интересно смотреть (хотя я думаю, что оно более страшное). Я понимаю, что он не будет светиться, если его не нагреть или сделать из материала, излучающего видимый свет.
Я отчасти чувствую, что Aify отвечает на этот вопрос :( Хотя я думаю о лазерных «струнах». Потому что вы хотите видеть это (для пользователя), а нагрев или активация его до такой степени, что он виден, с большей вероятностью потребляет что угодно настолько тонкий, что может отрезать конечности просто из-за своей конструкции Но я пишу из своей шляпы.
Еще один вопрос: должно ли оно быть ПРОВОДНЫМ, или оружие подходит, если лезвие имеет толщину всего в одну молекулу?
@Aify Это должен быть провод. Одномолекулярное холодное оружие теоретически может быть таким же простым, как обсидиан.
Самая большая проблема с этим мономолекулярным проводом заключается в том, что его фактически невозможно визуализировать с научной точки зрения (если только нет какой-то молекулы, которая связывается сама с собой по прямой линии, о которой я никогда не слышал или не забыл). Рассмотрим на мгновение углекислый газ. CO2 связывается прямыми линиями, но когда вы пытаетесь сложить его вместе, все становится хаотично, и это уже не прямая линия. Он не может удерживать ребро толщиной «1» молекулы во всех направлениях.
Теперь рассмотрим графен — это самое близкое, что я мог придумать, с краем в 1 молекулу, но это листы, и они не бывают в виде проволоки, состоящей из 1 молекулы со всех сторон, и поскольку вы сказали, что это ДОЛЖНА быть проволока, мы это тоже нельзя использовать. Графен уже обладает самой высокой прочностью на растяжение (значение 130000 МПа) в мире, но мы не можем использовать даже это!
@Aify Я думаю, вы, возможно, слишком много думаете об этом. Одну углеродную нанотрубку можно рассматривать как мономолекулярную проволоку. Если молекулы образуют край к краю, сложенные кольца или спирали, это все равно считается. Я думаю, вы ограничиваете себя, когда рассматриваете молекулы только как маленькие шарики, соединенные вместе.
Стоит отметить, что осьминогу на самом деле не нужны кости, чтобы стоять вот так. В обстановке, из которой это произошло, они были бы в космической среде обитания с нулевой или низкой гравитацией.
@Saidoro На самом деле в руководстве к игре говорится, что изображение получено из того, что «осьминоги были модифицированы, чтобы включить гибкую оболочку из хряща» в сочетании с «тщательной системой мощных мышц, соединенных с этой оболочкой, что позволяет осьминогу держать себя в вертикальном положении. " На снимке они явно не в невесомости, гравитация может быть ниже, но у них все еще есть «кости», чтобы передвигаться.
@ Самуэль Я добавил больше к своему ответу, чтобы быть более ясным и ответить на мини-вопрос в вашей награде.
Этот пост в блоге может представлять интерес: Стихи в физике.wordpress.com /2016/11/09/…
Как я уже 2 года на этом сайте не видел ни этого поста, ни того баттл-осьминога! +1

Айфай · Answer 1

Графен — это то, что вам нужно.

С пределом прочности на растяжение 130000 МПа он имеет (IIRC) самый высокий предел прочности на растяжение в мире.

Итак, давайте сделаем меч толщиной с проволоку!

Я предполагаю, что это, вероятно, в конечном итоге будет выглядеть примерно так:

      >----------------------------------------------<|
|||||||                                               |
      L_______________________________________________|

где -------представляет собой лезвие, а <|наконечник, к которому присоединен другой конец лезвия, и ||||>представляет собой ручку. Важно отметить, что проволока туго натягивается за <|часть на конце лезвия. Представляет L____|собой конструкцию, похожую на ножовку, для плотного удержания проводов.

Это рубящее/рубящее оружие.

Как/почему это работает?

«Графеновая проволока» на самом деле представляет собой графеновую ленту .

Графен сам по себе обладает упругими свойствами, что помогает в описанной выше концепции резки. Даже если Graphene не режется сразу, эластичность поможет ему продолжать резать, пока вы пронзаете лезвие мишени. «Листы графена (толщиной от 2 до 8 нм) имели жесткость пружины в районе 1-5 Н/м и модуль Юнга (отличный от модуля трехмерного графита) 0,5 ТПа».

Графен также обладает удивительной прочностью на сдвиг. Сообщается, что модуль сдвига графита составляет ~ 0,44 ТПа. Чтобы дать вам некоторый контекст, прочность на сдвиг структуры углеродного алмаза составляет ~ 93 ГПа. 1 ТПа равен 1000 ГПа.

Отвечая на ваш вопрос: Да, можете.

К сожалению, из-за того, что человеческое тело настолько изменчиво, я не могу найти никаких фактических данных о том, какая сила требуется, чтобы оторвать конечность, однако мы должны отметить, что это лезвие не прикладывает силу так же, как меч.

Меч режет и раскалывает цель, потому что он «расклинивает» ее на части. Однако в этом случае, поскольку у нас есть мономолекулярная лента, которая абсолютно плоская, мы должны быть в состоянии пройти через всю цель (независимо от того, из чего сделана цель, но при условии, что вы сделали хороший удар без отклонения угла лезвия). ) чрезвычайно легко, так как мы разрываем только молекулярные связи. Силы на молекулярном уровне находятся на пиконьютоновском уровне (1pN = $10^{-12}$ Н); то, что мы воздействуем на что-либо, используя что-либо в любой момент времени, оказывает большее воздействие, чем требуется. Вот еще контекст: один фунт силы дает нам 43,62 ньютона. Даже малыш может случайно приложить один фунт силы — так что, если вы дали эту штуку ребенку, и он случайно размахнулся ею через вас, удачи.

Спасибо Сэмюэлю за то, что он указал мне на некоторые цифры: «Прочность на сдвиг графеновой ленты составляет, возможно, 4200 пиконьютонов/ангстрем, в то время как волокна в коже, такие как коллаген, имеют прочность на сдвиг всего 5,5 пиконьютонов/ангстрем». Эти цифры показывают, что на той же площади лента имеет прочность на сдвиг более чем в 750 раз выше, чем у коллагена.

Хотя кожа кажется легко режется. Что с костью? К счастью для нас, большую часть эластичности кости обеспечивает содержащийся в ней коллаген, а это значит, что мы режем кость так же легко, как и кожу.

Для взрослого? Он режет все и вся лучше, чем теплое масло.

Как только вы закончите нарезку, конечность будет удерживаться только за счет всасывания и поверхностного натяжения. Любое движение, и он просто соскальзывает/выскакивает.

Тем не менее, даже с учетом сказанного выше, что это возможно в теории, этот инструмент гораздо лучше подходит для больничных условий, требующих быстрой ампутации, чем для боевой ситуации.

Строго говоря, это работало бы как устройство для ампутации, но было бы крайне непригодно для боя, если бы противники также имели доступ к подобному оружию. В этом случае, пожалуйста, обратитесь к ответу Вилле Нейми (со 2 по 4-й абзац) о том, почему это будет отстой в качестве оружия. Обратите внимание, что при обычном использовании графен должен быть достаточно прочным, чтобы его можно было использовать снова и снова. Шестиугольная структура графеновой ленты означает, что даже если какие-либо краевые атомы будут потеряны, это не имеет значения. Независимо от того, какие атомы вы потеряете, у вас всегда будет подходящая режущая кромка.

Использованная литература:

Р. Р. Наир, М. Сепиони, И-Линг Цай, О. Лехтинен, Дж. Кейнонен, А. В. Крашенинников, Т. Томсон, А. К. Гейм, И. В. Григорьева. Полуспиновый парамагнетизм в графене, индуцированный точечными дефектами. Физика природы, 2012; DOI: 10.1038/nphys2183

http://www.graphenea.com/pages/graphene-properties#.VYCbRkZ8ork

https://en.wikipedia.org/wiki/Графен#Теплопроводность

http://poplab.stanford.edu/pdfs/PopVarshneyRoy-GrapheneThermal-MRSbull12.pdf

https://web.engr.illinois.edu/~aluru/Journals/APL11.pdf

https://en.wikipedia.org/wiki/Кость

+1 за математику, исследования и умные вещи. Я понятия не имею, правильно ли что-то из этого, но, тем не менее, это действительно впечатляет. Единственное, что меня беспокоит, это то, что предлагаемый вами маглев, вероятно, заставит магнитный наконечник раскачиваться, как маятник, а не удерживать его на месте относительно ориентации рукоятки. Это привело бы к забавной защите: защитник просто шлепнул бы магнитный комок на конце, и вся нанотрубка развернулась бы назад и разрезала нападавшего пополам.
Обратите внимание на карбин! en.wikipedia.org/wiki/Carbyne phys.org/news/2013-08-carbyne-stronger-material.html Может быть еще одним возможным кандидатом. @Самуэль
Будет ли это работать в форме хлыста без левитирующего наконечника? Очевидно, что использовать такой способ было бы невероятно опасно, но возможно ли это? Или он закоротит и/или не сможет резать по кромке?
@Bobson Burki сделал отличное наблюдение, что хлыст оборачивается вокруг конечности, образуя петлю, которую затем можно закрыть. Это, безусловно, кажется эффективным способом использования формы хлыста.
Черт возьми, я видел специальные ножи, настолько тщательно заточенные, что люди случайно отрезали кончики пальцев начисто. С лезвием из моноволокна? не проблема, хотя вам придется беспокоиться о трусиках...
Я проголосовал за вас, основываясь на содержании ответа. Если бы я мог, я бы снова проголосовал за вас за использование научной ссылки.

Вилле Ниеми · Answer 2

Я предполагаю, что вы имеете в виду "мономолекулярный" буквально. В таком случае ответ « Нет », из мономолекулярной проволоки невозможно изготовить практическое оружие ближнего боя. Вы можете создавать инструменты или ракеты, используя мономолекулярную проволоку, и они могут иметь значительную ампутационную способность.

Основная проблема заключается в том, что оружие ближнего боя должно выдерживать многократное попадание в цель и, скорее всего, в броню, другое оружие и случайные предметы. Когда это произойдет, атомы оружия столкнутся с атомами того, что поражено. Независимо от того, насколько твердо ваше оружие, это приведет к удалению некоторых атомов.

Большинство видов оружия достаточно прочны, чтобы потери были незначительными, возможно, иногда требуется повторная заточка лезвия. Мономолекулярному оружию нужны все его атомы для его структуры. Даже если материал имеет некоторую избыточность, то есть он не просто «пыхтит» или ломается при первом ударе, он будет локально ослаблен. Таким образом, повторные удары приведут к тому, что оружие потеряет силу, пока оно внезапно не сломается. Наверное, просто в данный момент вы боретесь за свою жизнь.

На этом этапе проще добавить избыточность, сделав точку удара составной из нескольких молекул или кристаллов, как обычное оружие. Тонкая проволока из «обычного» металла, может быть армирована нанотрубками или графеном, выполняет свою работу, она более надежна и намного проще в проектировании.

Для практического мономолекулярного оружия нужно что-то, где хрупкость и непредсказуемая прочность не имеют значения. Одноразовое оружие, такое как ракета, которую вы выбрасываете или стреляете. Специализированный инструмент, используемый для убийства, который, если вы не ошибетесь, вы используете только один раз, а затем избавляетесь от него. Оружие, которое можно восстановить после поломки, просто сделав больше лезвия или хлыста.

Последнее, вероятно, ближе всего к тому, что нужно. Кнут с электрическим зарядом или сверхнаучным силовым полем, таким как на картинке, добавляющим жесткости для псевдоинерции при ударе, может нанести значительный ущерб. И хотя он почти наверняка сломается при ударе, микроконтроллеру будет просто определить, что длина штыря уменьшилась из-за изменения емкости, и выдавить достаточно нового материала, чтобы сохранить постоянную длину. Мономолекулярный хлыст имеет очень маленькую массу для определенной длины, поэтому у вас, вероятно, закончится мощность до замены материала.

Но даже тогда было бы намного проще использовать обычный материал вместо экзотического мономолекулярного. Надежнее и, наверное, дешевле. Как отмечается в комментариях, практичность даже этого ограниченного класса мономолекулярного оружия все же намного меньше, чем у более обычного оружия из-за незначительных преимуществ по сравнению с гораздо более надежными решениями, поэтому никто не будет их использовать. Практично в теории, но не на практике. Что, я не уверен, даже имеет смысл.

Могли бы вы даже эффективно хлестать мономолекулярным хлыстом в атмосфере? Кажется, было бы так же плохо пытаться хлестать кого-то ниткой.
Кроме того, как отмечалось в другом месте, мономолекулярный не обязательно означает укус одной молекулы. Например, работает углеродная нанотрубка.
@ Самуэль У него не может быть достаточно массы, чтобы резать по инерции, и точка. Отношение площади поверхности к массе будет слишком высоким как в воздухе, так и в ткани. По сути, даже если это выглядит как кнут, вы проталкиваете его, используя любое «силовое поле», которое вы к нему добавили. И нет, я действительно не думаю, что это практично (см. первый абзац). Одноразовая гаррота или ракетное оружие ближнего действия для меня более логичны.
Хорошо, мне нравится одноразовая проволока-удавка, если она используется для резки. Можете ли вы более подробно рассказать о том, как это может работать?
@ Самуэль Не совсем. У него по-прежнему будет проблема хрупкости, поэтому никто не будет его использовать. Боюсь, что «имеет больше смысла» здесь было строго относительным термином. Также гораздо проще использовать плетеную конструкцию из высокопрочных волокон с твердым и коррозионностойким покрытием. И, как кто-то заметил, слишком острый на самом деле уменьшает урон. Кроме того, прочность на растяжение фактически увеличивается быстрее, чем сопротивление, когда проволока становится толще. Таким образом, оптимальная толщина, вероятно, намного выше, чем «мономолекулярный» действительно имеет смысл даже для удавки.
Значит, не существует такого понятия, как «практическое мономолекулярное оружие», как вы описываете в своем ответе? Из чего его нужно сделать, чтобы добиться желаемого эффекта?
@ Самуэль Хороший вопрос. «Практический» явно сильнее, чем я на самом деле имел в виду. Я отредактирую. И дело было не в материале, а в конструкции.
@Samuel: причина, по которой нить делает плохой хлыст, связана с отсутствием массы. Масса каждой части настоящего хлыста позволяет ему иметь импульс для продолжения движения, когда он встречает сопротивление (движение по воздуху или цель). Если у вас есть мономолекулярный хлыст, который имеет хотя бы несколько граммов массы на дюйм, он будет работать как обычный хлыст. Если вы не используете его как хлыст, вы можете вместо этого добавить вес к концу, а затем качнуть этот груз в конце линии.

Бурки · Answer 3

Я думаю, как и предполагает твоя крутая картинка, что тебе нужно оружие, похожее на хлыст.
Рассмотрим хлыст, то есть прядь чего-то (и да, мы будем использовать здесь углеродные нанотрубки, потому что они очень, очень крутые!) с ручкой.
Добавьте несколько шипов в конце.
Имейте в виду, что все, что достаточно тонко и не смещается в сторону, на самом деле является режущей кромкой.

Теперь вы бьете своего противника. Нить углеродных нанотрубок намотается на руку вашего противника, и вы резко отдернетесь. Тонкость нити вместе с силой, которую вы прикладываете, оттягивая ее назад, и с помощью зазубрин на конце, которые зацепляются за доспехи, одежду или плоть вашего противника, приводят к тому, что петля вокруг конечности пытается стать меньше. , и, таким образом, разрезание ткани, которая находится на пути.

Единственный оставшийся вопрос: сможете ли вы потянуть достаточно сильно, чтобы прорезать кость? Вот где действительно помогает, если ваш враг — вооруженный осьминог: у него нет костей, что значительно облегчит удаление конечностей.
Недостаток: у вашего осьминога все еще есть много оставшихся конечностей, чтобы было очень, очень ясно, что он думает об этом.

HDE 226868 · Answer 4

В качестве отправной точки я использовал Как нож режет вещи на атомном уровне? из Physics Stack Exchange, в частности, ответ лимона . Лимон ¹ говорил о так называемом наноиндентировании , которое обычно используется в качестве метода лабораторных испытаний.

А пока я воспользуюсь некоторыми уравнениями из Википедии, чтобы решить это.

Модуль Юнга разрезаемого предмета, $E$ , связано с жесткостью контакта, $S$ и глубина вдавливания, $h$ , по

\begin{matrix} (1) & Е знак равно \frac{1}{β} \frac{\sqrt{π}}{2} \frac{С}{\sqrt{А (час)}} \end{matrix}

$E=\frac{1}{\beta}\frac{\sqrt{\pi}}{2}\frac{S}{\sqrt{A(h)}}\tag{1}$ куда

А (час) знак равно \sum_{н знак равно 0}^{н знак равно 7} С_{н} {час}^{2^{- (н - 1)}}

$A(h)=\sum_{n=0}^{n=7}C_nh^{2^{-(n-1)}}$ Сделав некоторую перестановку,

А (час) знак равно {(\frac{С \sqrt{π}}{Е β 2})}^{2}

$A(h)=\left(\frac{S\sqrt{\pi}}{E\beta2}\right)^2$ Установка этих двух равных дает нам

{(\frac{С \sqrt{π}}{Е β 2})}^{2} знак равно \sum_{н знак равно 0}^{н знак равно 7} С_{н} {час}^{2^{- (н - 1)}}

$\left(\frac{S\sqrt{\pi}}{E\beta2}\right)^2=\sum_{n=0}^{n=7}C_nh^{2^{-(n-1)}}$ Давайте решим для

S

$S$ :

\begin{matrix} (2) & С знак равно \frac{2 Е β}{π} \sqrt{\sum_{н знак равно 0}^{н знак равно 7} С_{н} {час}^{2^{- (н - 1)}}} \end{matrix}

$S=\frac{2E\beta}{\pi}\sqrt{\sum_{n=0}^{n=7}C_nh^{2^{-(n-1)}}}\tag{2}$ Если мы скажем, что

C_{0} = C_{1} = C_{2} = . . . = 24.5

$C_0=C_1=C_2=. . .=24.5$ , а также

h

$h$ , толщина человеческой руки, составляет около 0,1 метра, а

E

$E$ составляет около 14, то для одного наконечника я считаю, что необходимая жесткость составляет . . .

\approx

$\approx$ 1 196 000 ньютонов/метр; необходимая сила составляет 196 000 ньютонов. Это только если используется один наконечник. Добавьте больше советов в меньшем масштабе, и это может быть осуществимо. Вы получите меньшие подсказки и, следовательно, меньшие отождествления для каждого, но это может сработать. Возможно.

Важная вещь, которую можно извлечь из этого, заключается в том, что типы наконечников, используемых при наноиндентировании, могут быть весьма эффективными. Исследование (с платным доступом), также упомянутое в ответе лимона, показало, что различные типы наноинденторов, используемых в процессе, могут давать несколько разные результаты. К счастью, страница Википедии, посвященная устройствам , является хорошей отправной точкой для исследований. . . что никуда меня не привело. Проклятия.

Чего я вообще пытался добиться? Рассмотрим длинный кусок колючей проволоки. Теперь сделайте зазубрины крошечными — действительно крошечными — и выровняйте их на каждом отрезке проволоки. Затем превратите каждую зазубрину во что-то вроде наноиндентора. Теперь у вас есть оружие. Причина, по которой я рассказал о наноинденторах, заключалась в том, что я хотел посмотреть, можно ли выбрать конструкцию, при которой форма будет важнее состава.

В любом случае результирующее оружие будет выглядеть так:

        ||
--------||
        ||---x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x
--------||
        ||

Однако кончик каждого «x» будет иметь форму наноиндентора.

^{1 Примечание для потенциальных редакторов: имя пользователя пишется строчными буквами.}

Модуль Юнга указан для кости в связанной статье Википедии: Корковая кость человека, ГПа: 14, фунт/кв. дюйм: 2,03 × 10^6. Откуда сумма до семи?
@ Самуэль Это неловко. Я не проверял список. Суммирование происходит из выражения для $A$ приведено на странице Википедии; Я так выразился для простоты.
Разве это не будет неэффективным оружием? Звучит так, как будто это будет грубо, а зазубрины оставят только поверхностные порезы. Я не совсем понимаю, зачем использовать несколько наноинденторов.
@sumelic Я думаю, что множество крошечных колючек нанесут немало вреда. Уменьшение размера наноинденторов сделало бы его более эффективным.
Но как используется оружие? Вы просто бьете им людей и ждете, пока они истекут кровью? Если это на самом деле колючки, не прилипнет ли оружие к врагу? Я не понимаю, как можно нанести смертельный урон кучей крошечных шипов.
@sumelic Опять же, эти вещи действительно крошечные, не похожие на типичные колючки. Я не уверен, что между ними и чем-то вроде оружия, описанного на картинке, есть большая разница.
Значит, он должен резать как нож? Я не слишком хорошо знаком с молекулярными механизмами этого, но ответ по физике, на который вы ссылаетесь, кажется, предполагает, что наноинденторы а) колющие, а не ломкие и б) наиболее полезны для повреждения твердых и хрупких материалов. Все образцы лезвий гладкие, без зазубрин. Зазубренное лезвие кажется менее эффективным при разрезании, чем однолезвийное лезвие.
Ага, понятно. Тогда должно быть 8. Теперь, когда у вас есть значение кости, можете ли вы найти S и показать числа? Возможно, один из этих инденторов обеспечит более точное представление.
@ Самуэль, я до сих пор не могу найти значения для $C$ с.
Значения C относятся к режущему наконечнику, не так ли?
@Самуэль Подожди. У меня впереди математика.

буквирм · Answer 5

Ни за что. Все положительные ответы не учитывают: а) насколько чрезвычайно мала молекула, б) сколько молекул в теле (и как сильно они взаимодействуют друг с другом), в) как цепь должна выдерживать воздействие сумма всех сил, действующих на нее и г) что сила, действующая перпендикулярно на цепь, не может быть просто колинеаризована как есть, но приведет к коллинеарной силе, во много раз превышающей прежнюю величину.

Иметь прочность на разрыв 1TP, как в одном ответе для графена: один Паскаль равен одному ньютону силы (100 граммов земной гравитации) на один квадратный метр. Таким образом, 1TP означает 10 ^ 12 ньютонов на квадратный метр .! Ура! Но рассмотрим поперечное сечение молекулы: давайте будем великодушны и установим его равным 2nmx2nm — это (2*10^-9)^2. Таким образом, разрывная сила для этой одиночной молекулы составляет: 4*10^-6 ньютонов... сила гравитации действует на четыре десятых миллиграмма массы. Вы могли бы поднять четыре плодовых мухи с этим! (Да?) Любая молекула, с которой сталкивается «хлыст» на своем пути сквозь плоть, должна подвергаться воздействию силы — разрывать межмолекулярные связи, отталкивать ее в сторону, сопротивляться силам сцепления… и в любой момент времени. , хлыст, пересекающий нечто такое маленькое, как человеческий палец, столкнется (по низкой цене) с 10 ^ 5 молекулами — так что на любую из этих молекул может воздействовать (в среднем) 4 * 10 ^ -11 ньютонов — это примерно в десять раз больше, чем сила, необходимая для разрыва водородной связи (самая слабая связьhttp://www.picotwist.com/index.php?content=smb&option=odg ), и только четверть силы нужна для разрыва нековалентной связи. И мы даже не начали вычислять мультипликаторы, вступающие в игру, потому что у «хлыста» эти силы действуют перпендикулярно ему.

«Кнут» будет дрейфовать к своей цели, ударять с неощутимой силой, а затем ломаться при первом же рывке. Возможно, по пути есть вырезка из бумаги.

Какова ампутационная способность мономолекулярного проволочного оружия?

Самуэль

Фростфайр

Самуэль

Уил Селвуд

Айфай

Самуэль

Айфай

Самуэль

дзета

Самуэль

Космическая обезьяна

Айфай

Самуэль

Айфай

Айфай

Самуэль

Саидоро

Самуэль

Айфай

Адам

Кингледион

Ответы (5)

Айфай

Бретт из Лос-Анджелеса

Манн

Бобсон

Бобсон

Самуэль

Исаак Котлицкий

Исаак Котлицкий

Самуэль

JDługosz

англичанин Боб

Вилле Ниеми

Самуэль

Самуэль

Вилле Ниеми

Самуэль

Вилле Ниеми

Самуэль

Вилле Ниеми

Марк Рипли

Бурки

HDE 226868

Самуэль

HDE 226868

дзета

HDE 226868

дзета

HDE 226868

дзета

Самуэль

HDE 226868

Самуэль

HDE 226868

HDE 226868

буквирм