¿Cuánta energía se requiere para levantar volando el portaaviones de The Avengers?

Hay una pieza interesante en Aintitcool.com realizada por Copérnico, un escritor en el sitio que es astrónomo y astrofísico. El enlace está aquí http://www.aintitcool.com/node/5… y a continuación se muestra el extracto de esa pieza:

El Helicarrier

En la película, algunos de nuestros héroes llegan en un portaaviones aparentemente indescriptible. Pero como cualquier fanático de los cómics sabe, la base de operaciones de SHIELD no solo flota, sino que también puede volar. Como fanático de Marvel, me encantó ver el Helicarrier realizado en la pantalla, y su dramática subida del océano trajo un poco de asombro a lo que podría haber sido un set aburrido. ¿Pero podríamos hacer esto alguna vez?

Primero, ¿cuánta energía se necesitaría para elevar un portaaviones a la altura de, digamos, un kilómetro? De la física de la escuela secundaria, puede recordar que la ecuación para la energía potencial es U = mgh , donde m es masa, g es aceleración debido a la gravedad (9.8 m / s2) y h es altura. No estoy seguro de cuánto pesa un Helicarrier, pero un portaaviones clase Nimitz (en el que se basó la película Helicarrier) pesa alrededor de 100,000 toneladas completamente cargadas, o 10 ^ 8 kg. Al conectar los números, encontramos que tomaría alrededor de un billón de julios de energía levantar uno por kilómetro. Los portaaviones de la clase Nimitz son de propulsión nuclear, por lo que pueden pasar 20 años sin repostar. Sus reactores generan alrededor de 200 megavatios en la salida máxima. Dado que un vatio es un julio por segundo, podemos dividir un billón de julios por 200 millones de julios por segundo para encontrar que un portaaviones tardaría unos 5000 segundos en generar suficiente energía para elevarlo un kilómetro, suponiendo que estuviera usando todos sus energía para hacer eso. Poder permanecer flotando es otra cosa, pero bueno, eso está en el estadio de béisbol. Quizás el Helicarrier tiene reactores más potentes, es mucho más ligero o han descubierto cómo sacar energía del Tesseract. En energía, les doy un pase.

Pero los cuatro motores del Helicarrier parecen ventiladores con conductos bastante simples. ¿Podrían generar suficiente empuje para levantarlo? ¿Podría algo? El empuje es una fuerza. Para hacer que el portador se mueva, necesitamos generar suficiente empuje para equilibrar la fuerza de la gravedad. Podemos calcular esto a partir de la segunda ley de Newton: F = ma , donde F es una fuerza, m es masa y a es aceleración. Aquí usamos nuevamente la aceleración debida a la gravedad, que es lo que tenemos que contrarrestar. Al conectar los números, obtenemos que necesitamos una fuerza (empuje) de aproximadamente mil millones de Newtons. El motor a reacción comercial más potente del mundo (un turboventilador, que tiene un diseño ligeramente diferente, pero lo suficientemente cercano), el GE90-115B en algunas versiones del Boeing 777, genera 569 kilo-Newtons de empuje. Por lo tanto, tomaría muchísimos más de 4 de ellos para levitar a un portaaviones; necesitaría alrededor de 1700 de esos motores. Si estuvieras usando los cohetes cohetes espaciales, en su lugar, necesitarías alrededor de 70 de ellos. Esto tiene sentido: un portaaviones es aproximadamente 50 veces más pesado que un transbordador espacial.

Por lo tanto, los motores modernos no pueden levantar un portaaviones. Pero en el universo Marvel tienen materiales locos como adamantium y vibranium. Quizás sus motores son mucho mejores. Los cineastas tenían una opción: podrían haber agregado una tonelada de motores para hacer que el Helicarrier fuera un poco más realista para algunos nerds físicos, o podrían mantener el diseño clásico de los cómics para apaciguar a las legiones de geeks de cómics. Creo que hicieron una sabia elección! Además, gran parte del drama depende de reiniciar uno de los motores fallidos. Eso funcionó bastante bien, si apestaba a la temida trampa mortal a medida de Whedon (ver Serenity).

Veredicto: la ciencia menor que se extiende para una buena narración es exactamente lo que debe hacer como escritor.

Algunos excelentes aprox. y solo quería echarle un poco de magia a la mezcla. Especialmente porque una parte dice “levantar mosca” y la otra dice “volar”. Me gusta un desafío, así que digamos que esta cosa vuela como un 737 lo mejor que podemos. La velocidad de ascenso predeterminada (y bastante cómoda) de un 737 es de aproximadamente 9 m / s. 737 vuelan allí a 36,000 pies (~ 11 km).

A 36,000 pies, la temperatura del aire es de alrededor de -60 grados Celsius. Entonces, probablemente no sea una buena altitud inventada porque:
1) Un helicóptero estaba allí atacando esa nave
2) Hubo una escena de batalla bastante extendida donde nadie tenía frío
3) No se necesitaban máscaras de respiración especiales para nadie si estaban tan arriba

Aquí está el desglose estándar de las temperaturas del aire por altitud (y densidad del aire):
http://www.usatoday.com/weather/

A 1 km, la temperatura del aire es de 8,5 grados centígrados (47 grados F). Lo cual es lo suficientemente cómodo para batallas en el aire. El aire también es lo suficientemente denso donde no estás exhausto después de tu primera patada giratoria y / o uppercut.

Así que ahora sabemos que el barco puede diseñarse razonablemente para volar a 1 km para el transporte humano.

A una velocidad de ascenso de 9 m / s a ​​una altitud de 1 km tomaría 111 segundos. También estoy dispuesto a vivir con dos minutos. viaje a altitud de crucero. Hasta aquí todo bien. Con los reactores de 200 megavatios (200 MJ / s) referenciados para ese barco. Obtenemos:
(200 MJ / s) (111 s) = 22.2 ¡GIGAJOULES! Eso es estar en el aire para la acción y la aventura.

Digamos que queremos avanzar y avanzar en el crucero.
Energía cinética, KE = ½mV²
Además, todos recordamos a toda la tripulación y al conjunto de superhéroes cómodamente de pie.
http://en.wikipedia.org/wiki/Bea
Diseño de 20 m / s (escala de Beaufort de 8) que es aproximadamente 46 mph.

Esto resulta ser 21.2 GJ para una velocidad de crucero de 46 mph (20 m / s). La gente puede soportar estar de pie en la cubierta a esas velocidades del viento.

El Nimtz navega por el océano a aproximadamente 36 mph, por lo que 46 mph no es un diseño tan malo.

Cuasi Spoiler:
PD: Solo debería tomar Thor / Loki / Hulk 14.3 s para caer desde 1 km.

Gran parte de este cálculo se ha realizado. Rhett Allain de WIRED lo hizo por un artículo. La respuesta es básicamente: mucho, y los rotores tendrían que ser MUCHO más grandes. Si desea leer su artículo, puede encontrarlo aquí: ¿Podría volar el Helicarrier SHIELD?

Me gustaría agregar que tener solo cuatro rotores también es MUY MUY estúpido. Con solo cuatro rotores en esa configuración, una falla de un solo rotor haría que la nave se volviera incontrolable y cayera del cielo. Ir a seis u ocho rotores proporcionaría redundancia, por lo que uno podría fallar y los otros podrían tomar el relevo.

Este artículo de 2012 en Wired aborda esta pregunta:

http://www.wired.com/2012/07/cou…

Esta no es una pregunta que pueda responderse correctamente con un cálculo. Ciertamente, se podrían hacer cálculos, pero estos serían solo estimaciones muy aproximadas y no serían útiles para tratar de “volar” el Nimitz. Este no es un problema de física sino de ingeniería. Los “Vengadores” son criaturas de la ciencia ficción y la mejor manera de pensar en esto es concentrarse en la “ficción” y olvidarse de la “ciencia”.

Los ingenieros analizan problemas complejos como este con modelos de computadora, modelos físicos reales y el uso de resultados de procesos similares, si los hay. Toma un tiempo y toma mucho dinero. Entonces, la respuesta a la pregunta es otra: ¿cuánto está dispuesto a pagar por la respuesta?

More Interesting

¿Qué cualidades y conocimientos debe tener el ingeniero mecánico actual? ¿Alguien puede sugerirme también las tendencias actuales de las industrias mecánicas?

¿Qué universidad de ingeniería en Gujarat ofrece la mejor ubicación?

¿Cómo y por qué decidiste ser ingeniero mecánico? ¿Qué le recomendarías a alguien que no está muy seguro de convertirse en ingeniero mecánico? Es algo que me interesa, pero no estoy completamente seguro.

¿Qué debe saber todo ingeniero?

¿Puedo seguir estudiando ingeniería química si no he tomado una clase de química en más de un año?

¿Cuáles son los softwares que debe aprender un ingeniero mecánico?

¿Qué sigue después de la ingeniería en ingeniería eléctrica y electrónica?

¿Qué grado es más difícil, ingeniería eléctrica o ingeniería de medición e instrumentación?

¿Cuáles son las oportunidades de consultoría para ingenieros biomédicos en India?

¿Por qué se utilizaron pilas de velocidad en motores de carrera (en lugar de otra forma de conductos) y por qué generalmente no hay filtro de aire? ¿No entraría arena y polvo en el motor y causaría un mayor desgaste o incluso fallas en el motor?

¿Cuál es la ubicación de MS Aerospace Engineering en IIT Madras?

¿Dónde se desvía la curva de tensión de tensión real de la curva de tensión de tensión de ingeniería?

¿Cuál es la mejor universidad para ingenieros en los Estados Unidos para los indios?

¿Por qué la mayoría de los ingenieros mecánicos son hombres en lugar de mujeres?

¿Es importante que los ingenieros mecánicos participen en Supra o Baja?