Some superheroes can grow to the size of a building at will. That's very intimidating! But a scientist must ask where the extra material is coming from. The Law of Conservation of Mass implies that mass can neither be created nor destroyed, which means that our hero's mass will not change just because his size changes. For instance, when we bake a fluffy sponge cake, even though the resulting delicious treat is much bigger in size than the cake batter that went into the oven, the weight of the cake batter should still equal the weight of the cake plus the moisture that has evaporated. In a chemical equation, molecules rearrange to make new compounds, but all the components should still be accounted for. When our hero expands from 6 feet tall to 18 feet tall, his height triples. Galileo's Square Cube Law says his weight will be 27 - 3 times 3 times 3 equals 27 - times his regular weight since he has to expand in all three dimensions. So, when our superhero transforms into a giant, we are dealing with two possibilities. Our hero towering at 18 feet still only weighs 200 pounds, the original weight in this human form. Now, option two, our hero weighs 5,400 pounds - 200 pounds times 27 equals 5,400 pounds - when he is 18 feet tall, which means he also weighs 5,400 pounds when he is 6 feet tall. Nobody can get in the same elevator with him without the alarm going off. Now, option two seems a little more scientifically plausible, but it begs the question, how does he ever walk through the park without sinking into the ground since the pressure he is exerting on the soil is calculated by his mass divided by the area of the bottom of his feet? And what kind of super socks and super shoes is he putting on his feet to withstand all the friction that results from dragging his 5,400 pound body against the road when he runs? And can he even run? And I won't even ask how he finds pants flexible enough to withstand the expansion. Now, let's explore the density of the two options mentioned above. Density is defined as mass divided by volume. The human body is made out of bones and flesh, which has a relatively set density. In option one, if the hero weighs 200 pounds all the time, then he would be bones and flesh at normal size. When he expands to a bigger size while still weighing 200 pounds, he essentially turns himself into a giant, fluffy teddy bear. In option two, if the hero weighs 5,400 pounds all the time, then he would be bones and flesh at 18 feet with 5,400 pounds of weight supported by two legs. The weight would be exerted on the leg bones at different angles as he moves. Bones, while hard, are not malleable, meaning they do not bend, so they break easily. The tendons would also be at risk of tearing. Tall buildings stay standing because they have steel frames and do not run and jump around in the jungle. Our hero, on the other hand, one landing at a bad angle and he's down. Assuming his bodily function is the same as any mammal's, his heart would need to pump a large amount of blood throughout his body to provide enough oxygen for him to move 5,400 pounds of body weight around. This would take tremendous energy, which he would need to provide by consuming 27 times 3,000 calories of food every day. Now, that is roughly 150 Big Macs. 27 times 3,000 calculated equals 81,000 calculated slash 550 calories equals 147. He wouldn't have time to fight crime because he would be eating all the time and working a 9-to-5 job in order to afford all the food he eats. And what about superheroes who can turn their bodies into rocks or sand? Well, everything on Earth is made out of elements. And what defines each element is the number of protons in the nucleus. That is how our periodic table is organized. Hydrogen has one proton, helium, two protons, lithium, three protons, and so on. The primary component of the most common form of sand is silicon dioxide. Meanwhile, the human body consists of 65% oxygen, 18% carbon, 10% hydrogen, and 7% of various other elements including 0.002% of silicon. In a chemical reaction, the elements recombine to make new compounds. So, where is he getting all this silicon necessary to make the sand? Sure, we can alter elements by nuclear fusion or nuclear fission. However, nuclear fusion requires so much heat, the only natural occurrence of this process is in stars. In order to utilize fusion in a short amount of time, the temperature of the area needs to be hotter than the Sun. Every innocent bystander will be burned to a crisp. Rapid nuclear fission is not any better since it often results in many radioactive particles. Our hero would become a walking, talking nuclear power plant, ultimately harming every person he tries to save. And do you really want the heat of the Sun or a radioactive nuclear plant inside of your body? Now, which superpower physics lesson will you explore next? Shifting body size and content, super speed, flight, super strength, immortality, and invisibility.
ยอดมนุษย์บางคนสามารถขยายร่าง ให้มีขนาดเท่ากับตึกได้อย่างใจต้องการ ช่างน่าสะพรึงกลัวจริง ๆ แต่นักวิทยาศาสตร์จะถามว่า ส่วนที่เพิ่มขึ้นมานั้นมาจากไหน กฎทรงมวลของสสารกล่าวไว้ว่า สสารจะเกิดขึ้นใหม่ หรือถูกทำลายมิได้ นั่นหมายความว่ามวลของฮีโร่ของเรา จะไม่เปลี่ยนแปลงตามขนาดที่เปลี่ยนไป ตัวอย่างเช่น เมื่อเราอบขนมเค้กพอง ๆ แม้ว่าผลสุดท้ายแล้วเจ้าของแสนอร่อยนั่น จะมีขนาดใหญ่กว่าส่วนผสมแป้งเค้ก ก่อนที่มันจะเข้าเตาอบ น้ำหนักของส่วนผสมแป้งเค้กจะต้องเท่ากับ น้ำหนักของเค้ก บวกกับความชื้นที่ระเหยไป ในสมการทางเคมี จากจัดเรียงโมเลกุล ทำให้เกิดสารประกอบใหม่ แต่ส่วนประกอบทั้งหมดนั้น ยังคงเก็บรวมกันได้เท่าเดิม เมื่อฮีโร่เราขยายร่าง จากส่วนสูง 6 ฟุต ไปเป็น 18 ฟุต เขาสูงขึ้นสามเท่า กฎลูกบาศก์สี่เหลี่ยมของกาลิเลโอกล่าวว่า น้ำหนักของเขาจะเป็น 27 ซึ่งก็คือ 3 คูณ 3 คูณ 3 เท่ากับ 27 คูณจากน้ำหนักปกติของเขา เพราะเขาขยายออกทั้งสามมิติ เมื่อฮีโร่ของเรากลายร่างจนใหญ่ยักษ์ เราจะพบกับความเป็นไปได้สองทาง ฮีโร่ที่สูง 18 ฟุต แต่ยังคงหนัก 200 ปอนด์ ซึ่งคือน้ำหนักเดิมตอนเป็นร่างมนุษย์ ทางเลือกที่สอง ฮีโร่ของเราหนัก 5,400 ปอนด์ 200 ปอนด์คูณ 27 เท่ากับ 5,400 ปอนด์ ตอนที่เขาสูง 18 ฟุต และหมายความว่า เขาจะยังคงหนัก 5,400 ปอนด์ เมื่อตอนสูงแค่ 6 ฟุต คงไม่มีใครขึ้นลิฟต์พร้อมกับเขา แล้วไม่ทำให้เสียงเตือนหยุดร้องได้เลย ทางเลือกที่สองดูจะมีความเป็นไปได้ ทางวิทยาศาสตร์น้อยกว่า แต่มันก็ทำให้เกิดคำถามที่ว่า เขาเดินผ่านสวนสาธารณะได้อย่างไร โดยไม่จมลงไปในดิน เมื่อแรงที่กดลงสู่พื้น ถูกคำนวณจากมวลของเขา ที่ถูกหารด้วยพื้นที่ฝ่าเท้าของเขา และสุดยอดถุงเท้าและรองเท้าชนิดไหน ที่เขาใส่เพื่อต้านทาน แรงเสียดทานทั้งหมด ที่เป็นผลมาจากการลากน้ำหนัก กว่า 5,400 ปอนด์ ไปตามพื้นถนนตอนที่วิ่ง ถ้าเขาวิ่งได้อ่ะนะ และผมจะไม่ถามว่า เขาจะหากางเกงลิงจากไหน ที่ยืดหยุ่นพอกับการขยายขนาดนี้ มาสำรวจเรื่องความหนาแน่น ของสองตัวเลือกก่อนหน้านี้กัน ความหนาแน่นถูกกำหนดด้วย มวลหารด้วยปริมาณ ร่างกายของมนุษย์ ประกอบด้วยกระดูกและเนื้อเยื่อ ที่มีความหนาแน่นที่เหมาะสมต่อกันดี ตัวเลือกที่หนึ่ง ถ้ามนุษย์หนัก 200 ปอนด์ตลอดเวลา เขาจะมีกระดูกและร่างกายขนาดปกติ เมื่อเขาขยายร่างจนใหญ่โต ขณะยังคงหนัก 200 ปอนด์เท่าเดิม มันคงจะเป็นการทำให้ตัวเขาเอง กลายร่างเป็นตุ๊กตาหมีนุ่มนิ่มแน่นอน ทางเลือกที่สอง ถ้าฮีโร่มีน้ำหนัก 5,400 ปอนด์ตลอดเวลาแล้ว เขาก็จะมีกระดูก และเนื้อเยื่อตอนสูง 18 ฟุต ที่มีน้ำหนัก 5,400 ปอนด์ รองรับด้วยขาสองข้าง น้ำหนักทั้งหมดจะส่งแรงไปที่กระดูกขา ในมุมที่ต่างกันเวลาเขาขยับ กระดูก แม้ว่ามันจะแข็ง มันไม่สามารถบิดไปมาได้ ซึ่งหมายความว่ามันงอไม่ได้ ดังนั้นมันจึงหักง่าย เส้นเอ็นก็มีความเสี่ยงที่จะฉีกขาด ตึกสูงมั่นคงอยู่ได้ เพราะพวกมันมีโครงเหล็ก ที่จะไม่วิ่งหรือกระโดดเล่นไปทั่ว ในทางกลับกัน ฮีโร่ของเรา ถ้าเดินทำมุมพลาดแม้เพียงนิดเดียว ก็มีอันต้องหงายเงิบแน่นอน สมมติว่าระบบภายในร่างกายของเขานั้น เหมือนกับของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม หัวใจเขาจะต้องสูบฉีดเลือดจำนวนมาก ไปทั่วร่างกายของเขา เพื่อให้ออกซิเจนเพียงพอ สำหรับให้เขาขยับร่างกาย ที่หนัก 5,400 ปอนด์ไปได้ นี่จะต้องใช้พลังงานอย่างมหาศาล ซึ่งเขาจะต้องหา พลังงานจำนวน 27 คูณ 3,000 แคลอรี่จากอาหารทุกวัน คร่าว ๆ ก็บิ๊กแมคประมาณ 150 ชุด 27 คูณ 3,000 เท่ากับ 81,000 หารด้วยแคลอรี่ต่อชุด 550 แคลอรี่ เท่ากับ 147 เขาคงจะไม่มีเวลาไปปราบเหล่าร้าย เพราะมัวแต่นั่งกินทั้งวัน และทำงานตั้งแต่ 9 โมงเช้า ถึง 5 โมงเย็น เพื่อเผาผลาญพลังงานทั้งหมดที่เขากิน แล้วซุปเปอร์ฮีโร่ ที่สามารถกลายร่างตัวเองเป็นหินหรือทรายล่ะ ทุก ๆ อย่างในโลก ล้วนสร้างขึ้นมาจากธาตุ และสิ่งที่กำหนดแต่ละธาตุ ก็คือจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส นั่นก็คือวิธีการจัดระเบียบ ตารางธาตุของเราอย่างไรล่ะ ไฮโดรเจนมีหนึ่งโปรตอน ฮีเลียมมีสองโปรตอน ลิเธียมมีสามโปรตอน เป็นอย่างนี้ไปเรื่อย ๆ สารประกอบหลักที่พบมากที่สุด ในทรายคือซิลิคอนไดออกไซด์ ขณะเดียวกัน ร่างกายมนุษย์ประกอบด้วย ออกซิเจน 65% คาร์บอน 18% ไฮโดรเจน 10% และธาตุอื่น ๆ อีก 7% ที่รวมถึงซิลิคอน 0.002% ในปฏิกิริยาเคมี ธาตุต่าง ๆ รวมกัน เพื่อให้กำเนิดสารประกอบใหม่ แล้วเขารวบรวมซิลิคอนทั้งหมดนี้ ที่จำเป็นต่อการสร้างทรายมาจากไหน แน่นอน เราสามารถเปลี่ยนแปลงธาตุ ด้วยนิวเคลียร์ฟิวชั่นหรือนิวเคลียร์ฟิชชั่น อย่างไรก็ตาม นิวเคลียร์ฟิวชั่น ต้องการความร้อนสูงมาก กระบวนการนี้เกิดขึ้นเพียงที่เดียว ในธรรมชาติ คือภายในดวงดาว เพื่อที่จะใช้ประโยชน์จากฟิวชั่น ในระยะเวลาอันสั้น อุณหภูมิในบริเวณนั้น ต้องร้อนมากกว่าดวงอาทิตย์ ไทยมุงตาดำ ๆ ทุกคน คงจะไหม้เป็นตอตะโก นิวเคลียร์ฟิชชั่นที่รวดเร็ว ไม่ได้ดีไปกว่านั้น เพราะมันมักจะทำให้เกิด อนุภาคกัมมันตรังสีจำนวนมาก ฮีโร่ของเราก็จะกลายเป็น โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่เดินได้พูดได้ ซึ่งท้ายที่สุดก็จะทำร้าย ทุกคนที่เขาอยากช่วย คุณอยากจะมีความร้อนของดวงอาทิตย์ หรือโรงนิวเคลียร์กัมมันตรังสี อยู่ภายในร่างกายของคุณจริงเหรอ ทีนี้ บทเรียนฟิสิกส์ เกี่ยวกับพลังเหนือมนุษย์แบบไหน ที่คุณอยากเรียนรู้อีก ย่อ ขยาย หรือแปลงร่างได้ มีความเร็วยิ่งยวด บินได้ สุดยอดความแข็งแกร่ง เป็นอมตะ และ ล่องหน