Xin lỗi, Sandra Bullock: Một bình chữa cháy là một bộ phim kinh dị tệ hại


Giả sử bạn là một phi hành gia ngoài vũ trụ. Bạn không có gì với bạn ngoại trừ trí thông minh của bạn và … một bình chữa cháy? Tại sao một bình chữa cháy? Bởi vì đó là những gì nhân vật của Sandra Bullock có trong phim Nghiêm trọng. Bởi vì một bình chữa cháy bắn ra khí gas (thông thường để dập lửa), nó cũng có thể được sử dụng để tạo lực đẩy và giúp bạn cơ động trong không gian. Nhưng điều này sẽ thực sự làm việc? Đó là những gì mà MythBuster, người mà tôi là nhà tư vấn khoa học, đã đặt ra để thử nghiệm trong một tập gần đây.

Các MythBuster bắt đầu bằng cách cố gắng tạo ra một tình huống tương tự trên bề mặt Trái đất. Họ đã sử dụng máy thổi lá để chế tạo thủy phi cơ một người (không quá khó để tự chế tạo một chiếc). Họ thả nó trên một sân băng, loại bỏ khá nhiều lực ma sát. Sau đó, họ sử dụng một bình chữa cháy cho lực đẩy và cố gắng điều động xung quanh trên băng.

Hóa ra bình chữa cháy không quá tuyệt vời để kiểm soát chuyển động của thủy phi cơ. Không ai có thể tránh những chướng ngại vật được thiết lập trên băng. Các vấn đề với bộ đẩy bình chữa cháy có hai mặt: Thứ nhất, nó không gây khó khăn cho thủy phi cơ. Vì vậy, bạn sẽ cần phải tạo lực đẩy trong một khoảng thời gian đáng kể để có được sự thay đổi đáng chú ý trong chuyển động. Thứ hai, cách lực thay đổi chuyển động của một vật thể không đồng ý với trực giác cơ bản của chúng ta về lực. Đây là phần thứ hai gây khó khăn khi bay bình chữa cháy trong không gian.

Chúng ta có thể có được một mô hình tốt về cách các lực làm cho mọi thứ di chuyển bằng cách xem xét toàn bộ cuộc sống của bạn. Vâng, hãy làm điều đó ngay bây giờ. Đối với mọi sự kiện mà bạn đã quan sát, các lực lượng dường như tuân theo quy tắc sau:

Nếu bạn đẩy một cái gì đó, nó di chuyển theo hướng đẩy. Nếu bạn ngừng đẩy nó, nó sẽ ngừng di chuyển.

Mô hình lực lượng đó dường như hoạt động mọi lúc. Một trường hợp nó không hoạt động là với thủy phi cơ trên băng. Trong trường hợp này, thủy phi cơ được đẩy mạnh để khiến nó di chuyển. Sau đó, người đó ngừng đẩy mạnh nhưng tàu lượn CHỈ CẦN KẾT THÚC! Tôi thành thật nghĩ rằng đó là lý do tại sao con người thích băng. Mọi thứ trên băng không theo mô hình lực bình thường của chúng tôi.

Vì mô hình "lực bằng chuyển động" này không hoạt động trên băng, nên rõ ràng đây không phải là mô hình tốt nhất. Ở đây, tôi có thể mô tả một mô hình lực tốt hơn với ba gifs.

Một lực chuyển tiếp không đổi

Chúng ta hãy lấy một xe đẩy ma sát thấp (gần như không ma sát) và đẩy với một lực không đổi. Đây là những gì xảy ra.

Rhett Allain

Trong trường hợp bạn không thể nói, giỏ hàng đang tăng tốc. Thành thật mà nói, con người rất khó phát hiện ra những thay đổi về tốc độ. Thông thường chúng ta chỉ chia chuyển động thành ba loại: không di chuyển, chậm, nhanh. Nhưng hãy tin tôi. Giỏ hàng này đang tăng tốc độ. Vì vậy, nếu bạn ấn vào một vật có lực theo cùng hướng với vật đó, nó sẽ tăng tốc.

Một lực lùi không đổi

Đây là cùng một giỏ hàng, nhưng bây giờ quạt đang đẩy theo hướng ngược lại. Tôi phải đẩy xe đẩy, và sau đó điều này xảy ra.

Rhett Allain

Trong trường hợp này, lực lùi làm cho xe giảm tốc. Nó chậm lại rất nhiều đến nỗi cuối cùng nó dừng lại. Khi nó dừng lại, xe đẩy bắt đầu di chuyển về bên phải và tăng tốc độ vì giờ đây nó là một lực chuyển tiếp.

Một lực ngang

Tôi không thể làm điều này với giỏ hàng, vì vậy tôi đã sử dụng một yo-yo thay thế. Đây là một cái nhìn từ trên xuống của một yo-yo di chuyển trong một vòng tròn.

Rhett Allain

Lực tác dụng lên yo-yo là từ dây và nó luôn luôn kéo theo hướng vuông góc với chuyển động của yo-yo. Điều này có nghĩa là yo-yo liên tục thay đổi hướng mặc dù nó chủ yếu di chuyển với cùng tốc độ. Điều gì xảy ra khi tôi buông chuỗi? Không còn lực đẩy ngang, yo-yo quay trở lại di chuyển theo đường thẳng với tốc độ không đổi (chủ yếu là không đổi).

Cả ba trường hợp này có điểm gì chung? Lực luôn thay đổi chuyển động của vật. Nó có thể làm cho nó tăng tốc, giảm tốc độ hoặc thay đổi hướng. Tất nhiên đây là một trong những mô hình cơ bản trong vật lý học, rằng tổng lực tác dụng lên một vật thể tỷ lệ thuận với tốc độ thay đổi của vận tốc.

Vì vậy, tại sao con người nhận được điều này rất sai? Chúng tôi không quá tệ trong việc tạo ra các mô hình, nhưng chúng tôi gặp khó khăn khi xem ma sát là một lực. Vì ma sát chỉ xuất hiện ở khắp mọi nơi, chúng tôi nghĩ rằng việc đẩy với một lực không đổi làm cho một thứ gì đó di chuyển với tốc độ không đổi. Trong thực tế, không có lực ròng bằng không trong trường hợp này. Lực đẩy bạn làm cân bằng lực ma sát để làm cho cơ bản không có lực. Không có lực có nghĩa là không có thay đổi trong chuyển động. Tuy nhiên, nó gây ra bởi ma sát luôn luôn hiện diện.

Kiểm tra mô hình lực lượng của riêng bạn

OK tôi hiểu rồi. Bạn không thể có mặt trên phim trường khi MythBuster thử nghiệm thủy phi cơ của họ bằng bình chữa cháy. Đừng lo lắng, tôi cũng không thể ở đó. Nhưng tôi có điều tốt nhất tiếp theo là một mô phỏng bình chữa cháy. Vâng. Tôi đã làm điều này cho bạn.

Đây là cách nó hoạt động. Khi bạn bấm vào nút Run, đĩa lớn bắt đầu di chuyển sang phải. Có một lực không đổi từ bình chữa cháy đẩy theo hướng mũi tên. Bạn có thể sử dụng chuột để di chuyển mũi tên đó theo bất kỳ hướng nào bạn nghĩ là tốt nhất. Bây giờ, bạn có thể tránh bức tường đó? Đây là cơ hội của bạn.

Tôi đoán tôi có thêm một vài bình luận về chương trình này.

  • Hãy nhớ rằng, mũi tên là hướng của lực. Đó không phải là hướng bạn sẽ chỉ vào bình chữa cháy.
  • Bạn có thể nhìn vào mã nếu nó làm bạn hạnh phúc. Cảnh báo: Tôi bị lẫn lộn khi thêm các nút và tương tác chuột và công cụ.
  • Các nút tạm dừng và đặt lại sẽ hoạt động.
  • Không có gì trong mã ngăn cản bạn đi qua tường. Không có tường, không có thìa. Nó chỉ ở đó để trang trí.
  • Không, bạn không thể tắt bình chữa cháy. Nó ở lại trong 20 giây.

Bạn có thể thấy rằng không thể tránh được bức tường, nhưng nó cũng không tầm thường. Chỉ cần tưởng tượng nếu thủy phi cơ cũng quay. Đây sẽ là điên khó khăn. Bạn có thể thay đổi tốc độ quay của thủy phi cơ bằng lực đẩy bình chữa cháy không hướng vào trung tâm khối lượng. Điều này sau đó sẽ tạo ra một mô-men xoắn bên ngoài VÀ một lực bên ngoài. Mã hóa sẽ khó khăn hơn một chút, tuy nhiên, vì vậy tôi đã bỏ phần đó ra.


Thêm những câu chuyện WIRED tuyệt vời