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吧主的帖子里面说到:
“我要用豆腐来做个类比,你们可以吧审判日号巨轮想象为一块豆腐,飞刃是细绳(你要想成头发丝也行,不过头发丝强度可能不大够,强度更高的塑料细丝或者细的金属丝似乎更合适)。
那么有两种情况:
【1】审判日号是水豆腐。
没问题!飞刃如果是细的金属丝,咱们可以想象行使的审判日号是一块睡豆腐被咱们扔向拉好的金属丝(飞刃),金属丝真就一下可以切进豆腐里。
但是扔的速度慢了还行吗?很多人想不出来行不行,所以再看下一个情况
【2】审判日号是干豆腐。
一卷干豆腐扔向一根拉好的金属丝,金属丝能切进干豆腐内部吗?
恐怕挺难了,为啥呢?干豆腐不是强度大也不是坚硬(肯定比铁丝差远了,地球人都知道)。”
吧主这个比喻用的模型,有一点是完全不
正确的
。豆腐扔向金属丝,这块豆腐是没有动力的,切割豆腐完全靠豆腐自身的惯性和动能。这就是为什么干豆腐只能切一半(按吧主的说法)。干豆腐的另一半切不下去了,因为动能耗完了。
然而船是有动力的!至少在动力系统(发动机,螺旋桨等)没损坏前是有动力的。这是船和豆腐的区别。
如果是一块有动力的干豆腐,可以彻底的切成两半,跟我们在厨房看到的一样。
更真实的模型,就是机床上刀具对钢的切削,这个切削一定需要高速吗?不需要,只要有动力就行。见过机床的都知道,刀具可以用很低的速度在钢上面切削。速度不是关键,力才是关键。只要机床的动力够,再慢的速度也可以对钢进行切削。
那么,第二个问题,就是船的动力是否足以克服飞刃的切削力。可以想象,一点范围内,飞刃越细,切削力就越小。至于这个切削力到底有多小,需要做数值仿真才知道,靠脑子想象恐怕是不行的。
2019年05月28日 07点05分
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很多人以为飞刃是纳米丝意味着它只有纳米尺度的粗细,这是没有注意原作里写的细节导致的误解。飞刃只是纳米工艺生产的材料,不代表它是纳米尺度。所以分子力不会将飞刃造成的切缝重新粘连。
下面的内容是讨论飞刃能不能切动审判日号的。
原作中对飞刃丝状材料的粗细的描述自带偏差,汪淼自己对参加军事会议的军官说的是【粗细大约相当于头发丝的十分之—】,另有汪淼和史强吹牛的时候说【用那种材料做一根只有头发丝百分之一粗细的线,拦在路上】,原作里一共就这两种说法。
仔细考证发现,前一种说法是确实可靠的,汪淼对军官们说的数据显然是当时实际可以做到的,而之前对史强说的百分之一就纯属吹牛了(如果反过来汪淼对军官们说百分之一,那才靠谱,他没敢说百分之一,那么显然是做不到,而和史强吹牛时说万分之一都是可以的)
由此我们知道,飞刃材料实际的粗细是头发丝十分之一。
飞刃因船的冲击而对船体结构表面产生的压强足够切断钢板吗?
我之前用穿甲弹作比较,很多人觉得不合适,那么咱们直接上数据计算吧。
水刀切钢板所需最小压强为3000bar(1bar为1000千帕,3000bar就是300,000,000帕,其实这个数据是切铁板的,钢板一般最少要4000bar,咱们为了降低飞刃切船所需的冲击力,故意往少算)。
考虑审判日号宽度30米并不是飞刃切割的全部宽度,实际上大部分空间是空的接触不到飞刃,但是考虑一下船体内部骨架结构、舱室横墙等,我们只要看看发动机有两米宽就可见一斑,那么保守估计一根飞刃能与船体内部结构接触的总长是可能接近船体宽度的(假如有那么一个舱室整个是一面横墙的话),而如果飞刃切不过这道墙,切割就会停止。
那么一根飞刃的直径约0.005毫米(取最细头发0.05毫米的十分之一)即5微米,乘30米,得到单根飞刃接触面积:30m × 5 ×10^(-6)m 。
而审判日号高30米,飞刃线间隔最少50厘米(0.5米),那么同时切船的飞刃最少要59根,我们往少说只取一半30根(假定上面半个船全空,没有仓壁阻挡飞刃,这样一来我们人为地降低了飞刃网络的整体接触面积,为的是计算出更小的切割冲击力F),那么飞刃网的总接触面积30m × 5 ×10^(-6)m ×30(不考虑飞刃被压扁形变,实际上飞刃是弹性材料而非刚性材料,所以它本来会被船体挤压变成扁条的,这也会增大切割接触面积,我们为了尽可能减少切割所需的冲击力,所以把接触面积尽可能往少算)
接触面积 乘以 水刀压强(钢板最低割入压强)就是总压力:
30m × 5 x10^(-6)m ×30根× 3 × 10^(8)pa=1350000牛顿,即135000公斤力,也就是135吨冲击力。这就是我们得到的【飞刃切船所需最小冲击力】,它的水分其实很大,因为我们前面把好几个数据都往低算了,实际数据显然比这个高多了(但相比于本文最后数据结果,你们会发现我这里虽然低估了【飞刃切船所需最小冲击力】,但即便高估也不会改变最终结论)。
我们用FΔt=Δmv计算船的冲击力,撞击时间Δt我们不知道,对应的Δv也不知道。但我们可以确定的是:船的m是确定的,所以Δmv取决于Δv,而巨轮被飞刃阻挡时,船速并不会在1秒内降到0,所以这里的Δv并不像某些人想象的那样直接等于船速v!
1秒内船速的变化Δv恐怕没有v的百分之一(假定船为绝对刚体不会被切断,那么飞刃拦停这艘6万吨巨轮起码要花个把分钟,也就是百秒以上),而实际上如果飞刃切进船体内,那就说明船被减速更少,飞刃拦截船体的阻力更小(注意这个阻力才是令飞刃形成切割压强的因素!)。所以下面评论中很多人用船速v直接计算船的冲击力显然是不对的,牛顿爵爷的棺材板都镇不住了。
小说里说船速基本没变(船上的人没有感觉),飞刃直接切过整船220米,历时Δt等于船总长度220m除以船速20米/秒也就是11秒。
假定船速达到20米每秒(油轮最高航速其实只有十几米每秒,咱们为了提高冲击力就往多了吹),11秒内船速基本没变,如果有【千分之一】改变,船上的人绝对要有察觉了,因为平均加速度达到0.02米/秒(20米/秒的【千分之一】),一个站在甲板上惯性运动的人会相对脚下甲板有2厘米每秒的相对移动趋势(有些人单脚可能都要站不住了)。
实际上油轮刹车时间一般为半个多小时,每秒速度平均下降量只有2000分之一略多,反过来给船加速时,从静止加速到最高速也要半小时,这就是引擎推力的水平,都不够让船每秒变速千分之一!
咱们现在把飞刃的切割冲击力往小了算,假设它能让船在11秒内整体速度改变两千分之一,也就是上面的数据,平均加速度达到0.01米/秒(20米/秒的【两千分之一】),11秒一共改变船速0.11m/s
FΔt=Δmv代入数据就是Fx11秒=62000吨 x0.11m/s,容易计算出F=620吨力,显然大于我们需要的135吨力的冲击力。
这样来看,飞刃确实能切动审判日号(只靠船体本身向前的冲力)。
最后一个关键问题,飞刃能够受到船体施加的冲击力F=620吨力,那么飞刃与船体接触点两侧的两段飞刃线需要承受多大拉力?这是个简单的中学物理问题,由于飞刃线被船冲击时,线从直线变成折线,折线的角度非常接近平角,那么每一段飞刃线与船行方向夹角θ非常接近直角,由此可知每一段飞刃所受拉力T=F/cosθ,而θ非常接近直角,则cosθ接近0,T远大于F。
小说里说百分之一头发丝粗细的飞刃能吊起小汽车(假定为10吨),则十分之一头发丝粗细的飞刃约可以吊起100吨重物而不会被拉断,小说里说有50根飞刃,可承受T可以达到5000吨力(约F的8倍)。
但θ太大的话,1/cosθ会显著大于8,则T=F/cosθ实际上会大于5000吨力,飞刃会被拉断。
所以这里还有一个参数是小说里没说的,那就是飞刃的富余长度,如果富余长度足够长,θ角就可以足够小,保证T=F/cosθ不会超过5000吨力,古筝行动中的飞刃才不会被船的冲击力拉断。
有兴趣的同学可以算算富余长度需要多少(50根飞刃的话)。
2019年06月12日 03点06分
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水刀切钢板跟这个物理模型不一祥吧,水刀的压强是腔体内的压强而不是水切到钢板上的压强。而且水刀切割是靠速度和水量把钢板且透的,跟锯片原理相似。
2019年07月27日 11点07分
回复 我是小狗**粉 :我这里的数据就是水刀冲击钢板时钢板承受的冲击压强,不是水刀内部的水压。
2019年07月29日 14点07分
@厉风 清水是切不动钢板的,水刀的水里是有磨料的,本质上水只是给磨料提供动能的,磨料才是把钢板切掉的关键。
2019年07月31日 05点07分
@宪政打狗队 这里借用的只是冲击压强数据(也就是钢板会被切开时需要的冲击压强,是水刀还是别的什么刀不重要,只是碰巧网上能查到水刀且钢板时的冲击压强数据而已)
2019年08月04日 07点08分
level 14
实际上小说里给的数据很有意思,飞刃如果粗5倍,那船给飞刃的冲击力就不够产生足够切割钢板的压强。
正因为这个数据的关系,这问题被争论很多年,因为各种计算大约都在切船所需压强阈值两侧,有些人的算法算出来是够切,有些人的算法算出来是不够。
在按照小说里的具体数据(上面一贴)计算之前,大部分人的计算:
1-----要么没考虑过飞刃有多少根,都按一根算的,于是发现很容易把船切断,因为一根飞刃和船体的接触面积那是小说里实际情况的50分之一!这压强绝对够了,轻松切船,这种算法的人没想过50根飞刃会分摊冲击力的问题,瞎蒙蒙对了结果(实际结果是楼上的计算:结论飞刃是能切动船)。
用这种算法的人完全没考虑过飞刃能不能承受那么大冲击力的问题,所以说他们纯粹是瞎蒙的(只是我们上面的具体数据估算恰好站在他们的结论一边,这狗屎运没谁了)。
2-----要么没考虑过6万吨巨轮满载的情况。如果不是满载,实际冲击力只有上面计算的十分之一甚至更少,那飞刃当然不够切船。
小说里也没有说过审判日号确实是满载(实际上很可能不是满载,ETO拉着几万吨货柜在运河上漂流玩?)
所以最早的计算都是只算船重,所以不够切。而且在那个条件下,飞刃肯定不会被拉断,因为船的冲击力比满载小多了θ角稍大些飞刃也能受得住。
上面两种算法,显然后一种考虑更充分,但也还是不够。
我们用原作里比较可靠的数据算过之后,发现飞刃切船似乎刚刚在可行范围内(虽然飞刃富余长度按小说说法是肯定不够的,小说里说50根飞刃刚够拉直,无富余,否则就凑不够50根)。
所以,这个问题经过这么多年争论,又有了一些新的进展,似乎原作的数据勉勉强强可以让飞刃切船这事成立(能切动船而又刚好可以保证飞刃不被拉断,大刘肯定没有预先计算过这个事情,但是我们不得不承认大刘蒙的真准,这事在历史上的科幻作者中可能是凤毛麟角的,大部分科幻作者遇到这种复杂的数据估测问题,基本都是算错了,瞎蒙的那些几乎全蒙错,因为蒙对概率本来就微乎其微)。
此外还有一个悬念,飞刃的弹性在小说里没有任何描述,如果弹性太好,飞刃会被船的冲击力压扁,那么接触面积会严重增大,可能就不够产生足够切船的压强了(上面的计算里我们默认飞刃没有形变)。
2019年06月12日 04点06分
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还不知道这6万到底是载重吨还是排水量呢……另外船没满载是肯定的,一般来讲油船不会把动力舱放到满载水线之上的,能把轮机都给切了应该是并没有满载
2019年07月09日 16点07分
@-白上吹雪-- 是的,所以计算中只是考虑了能切船的情况。如果不满载就很不好说能否切动了。
2019年07月28日 19点07分
@-白上吹雪-- 正是由于小说里很多事情没说清楚,所以这问题存在【切得动】或者【切不动】的所有可能性,非要说切不动或者切得动都是不合适的,只能说两种都有可能(小说里的数据恰好在两种情况的交界阈值附近,稍微调整一下隐含参数就可以让结果漂移到两种可能性范围去)
2019年07月28日 19点07分
@厉风 嗯……没说清楚和运气成分比较大吧……实际上民船很少用排水量来衡量的(衡量民船时常用注册总吨),哪个单位没有写清楚,就让计算有可行性了(要真是注册总吨6万吨级,过运河当时顶天2万吨出点头……)
2019年07月28日 23点07分
level 14
我们之所以确定大刘是瞎蒙的,就是因为大刘在原作里说过,飞刃材料刚好够凑够50根,没有更多富余:
实际上如果要保证拉力T不超过冲击力F的8倍,50根飞刃每一根都需要有比河宽多至少七分之一的富余,那就意味着需要另外够做7根飞刃的材料来做这个富余量,这个富余量,小说里肯定是没有的。
另外,汪淼和史强说百分之一头发丝粗细的飞刃能吊起小汽车,我们上面计算时把小汽车估重为10吨(谁家有这么重的小汽车?这都大卡车了好不?),所以实际上小说里单根飞刃(十分之一头发丝粗细)承重不会超过50吨。
这样一来我们需要的飞刃富余长度还得增加。
所以大刘肯定没有进行过具体数值估算。
其实我在前面按小说里数据进行的估算,本质上是故意凑到了【飞刃刚好可以切断船而不会被拉断】的阈值范围附近,很多数据都是凑了半天才凑到的,大刘如果进行具体数据估算,恐怕很难这么巧就凑到了我给的那些数据的范围(比如说有几个严格要求:【1】船必须不是空载,船本身必须总重超过满载的五分之一,否则就不够切【2】飞刃不允许形变【3】飞刃有足够的富余长度保证不被拉断【4】钢板强度被低估【5】飞刃切割压强被高估。。。。诸如此类)。
因此我们可以基本确定大刘就是瞎蒙的。不过幸运的是,他瞎蒙的这个结果在现实层面来讲,有可行性(刚好接近上面凑的足够完成任务的数据阈值)。
2019年06月12日 04点06分
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其实还有个关键问题,上面的计算中,船速是按最大算的,小说里审判日号显然没有那么赶。如果船速只有最大的五分之一,那就不够切了。
2019年06月12日 04点06分
吊起来和切断是两回事,一根头发丝不能把一个人吊起来,但把一个人手指头割破还是可以的。其实割破的是手,跟一个人多重有啥关系捏。一根普通绳子也能吊起十吨汽车,也能吊起十吨豆腐,但切起来肯定不一样。计算没有考虑物质的介质吧
2019年07月10日 07点07分
@流离苏醒 难为你了还正经回复这层主,这人出了名的喜欢一本正经的一通瞎算推理,完全不用带脑子就能随手写一长篇垃圾装神弄鬼。
2019年07月28日 00点07分
@流离苏醒 飞刃承重能力决定的不是能否切船,而是飞刃本身会被会被船的冲击力拉断。如果会被拉断,那切割也会立即停止,于是影响到切船
2019年07月28日 05点07分
level 1
吧主的计算很精彩,但是吧主仍然有个问题没有考虑到。我在一楼说了,船是有动力的。切割消耗的能量,不只是来自于动能。
2019年06月12日 04点06分
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船的动力可以忽略,万吨巨轮加速或减速时间都在半小时左右,十几秒内引擎提供的冲量可以忽略
2019年06月12日 05点06分
level 8
这个丝得足够结实足够细,还得在摩擦的高温中保持热稳定
2019年07月07日 07点07分
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level 13
现在考虑的都是直线切割,那遇到动机系统的齿轮呢,齿轮轴与飞刃平行且处于同一高度,还在转的时候切到,这时飞刃受到的力就不是一个了,我只能想象机床加工一下进给太大,而且转速还不慢。
2019年07月09日 18点07分
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会断刀
2019年08月08日 11点08分