Sunt un fan atât al Războiului Stelelor, cât și al fizicii, dar trebuie să recunosc că nu știu ce înseamnă „salt în hiperspațiu”. Pe scurt, este o modalitate prin care navele spațiale din universul Star Wars pot parcurge distanțe mari în foarte puțin timp. Ar trebui să fie clar că deplasarea în hiperspațiu nu se face cu viteza luminii. Lumina are o viteză de 3 x 108 metri pe secundă. Acest lucru înseamnă că până și călătoria până la cea mai apropiată stea (de pe Pământ) ar dura câțiva ani. S-ar mai întâmpla și alte lucruri ciudate, conform Teoriei relativității speciale a lui Einstein – dar este suficient să spunem că un salt în hiperspațiu nu este doar o chestiune de a călători cu viteza luminii.
O idee comună despre hiperspațiu este că acesta implică dimensiuni suplimentare. Poate că deplasarea prin această dimensiune suplimentară permite unei nave stelare să ia o scurtătură prin spațiu, astfel încât o călătorie care ar dura ani de zile să dureze în schimb câteva ore. Este doar o idee.
Învățați mai multe
Ghidul WIRED pentru Războiul Stelelor
Dar cum rămâne cu ceva ce putem măsura cu adevărat? Putem determina accelerația unei nave în timp ce face saltul în hiperspațiu? Oh, da – cu siguranță putem și o vom face. Pentru această analiză voi folosi imaginea Șoimului Mileniului în timp ce sare în hiperspațiu la sfârșitul filmului „Imperiul contraatacă”. Pentru a estima accelerația, ne putem uita la dimensiunea unghiulară a părții din spate a Șoimului pe măsură ce se îndepărtează.
Ce legătură are dimensiunea unghiulară cu acest lucru? Ochii noștri (și camerele de filmat) nu văd dimensiunea lucrurilor. În schimb, ei văd dimensiunea unghiulară a obiectelor. Dacă ați trasa o linie imaginară de la ochiul dvs. până la o parte a unui obiect și apoi o altă linie până la cealaltă parte a obiectului, ați obține o pană mică. Unghiul dintre aceste două linii este dimensiunea unghiulară.
De aceea, atunci când lucrurile se îndepărtează, ele par mai mici. Dar dacă cunoașteți dimensiunea unghiulară (θ) în radiani și dimensiunea reală (L), puteți afla distanța (r). Oh, știu la ce vă gândiți. Această relație funcționează doar pentru lungimea arcului de cerc. Da, acest lucru este adevărat din punct de vedere tehnic. Cu toate acestea, dacă obiectul este suficient de departe, atunci diferența dintre lungimea arcului de cerc și lățimea este super mică și putem ignora distincția.
Acum pentru câteva date. Tot ce trebuie să fac este să măsor poziția laturilor Șoimului și să le folosesc pentru a calcula dimensiunea unghiulară în fiecare cadru al videoclipului în timpul saltului în hiperspațiu. Bineînțeles că există o mare problemă. De fapt, nu cunosc dimensiunea unghiulară la începutul saltului. Va trebui doar să o estimez. Să spunem că Millennium Falcon are o lățime de 25 de metri și începe la o distanță de 100 de metri de cameră. Cu asta, pot seta câmpul unghiular de vizualizare pentru scenă. Astfel se obține următorul grafic al mărimii unghiulare în funcție de timp pentru acel Șoim în timp ce scapă.
Cu această mărime unghiulară și cu lățimea Șoimului Mileniului, pot calcula distanța de la cameră la nava stelară.
Există destul de multe lucruri de luat în considerare în acest grafic. Priviți doar poziția finală – în jur de 8.000 de metri. Așadar, în aproximativ o jumătate de secundă, Șoimul Mileniului trece de la o poziție de doar 100 de metri la aproximativ 8 km. Dacă luați în considerare viteza medie (schimbarea poziției în raport cu schimbarea în timp), asta înseamnă aproximativ 29.000 de mile pe oră (pentru cititorii imperiali). Indiferent de unități, aceasta este o viteză foarte mare.
OK, dar cum rămâne cu accelerația? Pot să potrivesc o funcție pătratică la date (așa cum se vede în grafic). Acest lucru este util, deoarece un obiect care se deplasează cu o accelerație constantă va avea, de asemenea, o pătratică pentru ecuația de mișcare. Deoarece mișcarea unui obiect cu accelerație constantă apare destul de des în cursurile de fizică, dăm acestei ecuații un nume special – ecuația cinematică. Aceasta oferă poziția unui obiect la momente diferite pe baza accelerației (și a poziției și vitezei inițiale). Iată ecuația de ajustare împreună cu ecuația cinematică pentru accelerație constantă.
Aici se poate observa că numărul de potrivire din fața termenului t2 ar trebui să fie egal cu jumătate din accelerație. Acest lucru plasează accelerația Șoimului la 33.922 de metri pe secundă la pătrat. Ummmm … aceasta este o accelerație foarte mare. Dacă arunci un obiect pe suprafața Pământului, acesta va avea o accelerație de 9,8 m/s2. Dacă te ejectezi dintr-un avion de vânătoare, vei avea o accelerație dureroasă de ceva de genul 60 m/s2. Această navă spațială care sare în hiperspațiu are o accelerație puțin mai mare de atât.
Cum rămâne cu forța G? OK, haideți să clarificăm două aspecte aici. În primul rând, cu siguranță Millennium Falcon are un fel de „amortizor inerțial” care permite oamenilor din interiorul navei să accelereze fără să moară. În al doilea rând, Războiul Stelelor nu este viața reală, așa că nu contează (dar este totuși distractiv de analizat). Acum, pentru forța G. Aceasta este o forță falsă. Este o modalitate de a face ca un cadru de referință care accelerează să se comporte ca un cadru de referință care nu accelerează. În acest caz, forța falsă este, în esență, doar o măsură a accelerației din interiorul Șoimului Mileniului.
Măsura acestei forțe false este în termeni de forță gravitațională de pe Pământ – aceasta este accelerația în g-uri. Dacă nava a accelerat cu 9,8 m/s2, aceasta ar fi o forță falsă de 1 g. În interiorul navei, s-ar simți ca o greutate gravitațională suplimentară care te împinge în direcția opusă celei în care nava spațială accelerează. Așadar, accelerația în saltul spre hiperspațiu ar fi o forță g de 3.461 g. Aceasta este o accelerație suficient de mare pentru a strivi cu ușurință un om dacă nu ai ceva de genul unui amortizor inerțial.
Dar așteptați! Avem, de asemenea, o idee despre forțele g din interiorul Millennium Falcon în timpul acestui salt. În primul rând, o puteți vedea pe Leia în cabina de pilotaj fiind aruncată înapoi în scaunul ei. În al doilea rând, R2-D2 se rostogolește înapoi și cade în jos într-un panou de acces. În mod surprinzător, există suficiente date pentru a măsura accelerația lui R2 în interiorul navei. Here is a plot of his position as a function of time along with a quadratic fit.
From this, it seems that there is an internal fake force of 2.73 m/s2 or 0.28 g’s. Yes, this is much less than the acceleration as seen from outside the ship. Obviously the inertial dampers are still mostly working.
More Great WIRED Stories
- It’s the World Slime Convention! Let’s goo!
- Ferrari’s latest sports car packs 986 HP—and it’s a hybrid
- How the EU’s far right will boost Big Tech
- A harrowing trek up one of the world’s highest mountains
- Moondust could cloud our lunar ambitions
- ✨ Optimize your home life with our Gear team’s best picks, from robot vacuums to affordable mattresses to smart speakers.
- 📩 Want more? Sign up for our daily newsletter and never miss our latest and greatest stories