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.
Một số siêu anh hùng có thể to lớn đến kích cỡ của một tòa nhà. Thật là đáng sợ! Nhưng một nhà khoa học sẽ phải đặt câu hỏi rằng các vật liệu bổ sung để đạt được kích thước ấy đến từ đâu. Định luật bảo tồn khối lượng ngụ ý rằng khối lượng không tự nhiên sinh ra và cũng không tự nhiên mất đi, điều đó có nghĩa là khối lượng của người hùng của chúng ta sẽ không thay đổi chỉ bởi vì kích thước của anh ta thay đổi. Ví dụ, khi chúng ta làm một ổ bánh xốp, mặc dù kết quả có được là một món ngọt có kích thước lớn hơn nhiều so với thố bột ban đầu khi đi vào lò nướng, khối lượng của thố bột ấy vẫn bằng đúng trọng lượng của bánh thành phẩm cộng với độ ẩm đã bị bốc hơi. Trong một phương trình hóa học, các phân tử sắp xếp lại để tạo ra hợp chất mới, nhưng tất cả các thành phần vẫn nên được tính vào. Khi người hùng của chúng ta vươn người từ 1 mét tám lên đến 5.5 mét, chiều cao của anh ta tăng lên gấp ba. Định luật Square-Cube của Galileo nói rằng trọng lượng của anh ta sẽ gấp 27 -3 lần 3 lần 3 bằng 27- lần trọng lượng bình thường vì anh ấy đã nở rộng ra cả ba chiều. Vì vậy, khi siêu anh hùng của chúng ta biến thành một người khổng lồ, chúng ta đang đối mặt với hai khả năng. Người hùng của chúng ta cao chót vót hơn 5m nhưng chỉ nặng hơn 90 kg, trọng lượng ban đầu trong hình dáng con người này. Bây giờ, tùy chọn hai, người hùng của chúng ta nặng gần 2500kg -90 kg lần 27 gần bằng 2500 kg- Khi anh ta đạt đến chiều cao hơn 5m, có nghĩa là anh ta cũng nặng gần bằng 2500 kg khi ở chiều cao 1m8. Không ai có thể đi cùng một thang máy với anh ta mà không bị báo động quá tải. Bây giờ, lựa chọn hai có vẻ chính đáng hơn một chút, xét về mặt khoa học nhưng nó đặt ra câu hỏi, làm thế nào mà anh ta lại có thể đi bộ qua công viên mà không lún vào mặt đất bởi áp lực anh ta tác động trên mặt đất được tính bằng khối lượng của anh chia cho khu vực bên dưới hai bàn chân của anh? Và loại siêu vớ và siêu giày nào mà anh ta sẽ xỏ vào chân mình để chịu được tất cả ma sát từ việc kéo cơ thể 2500 kg của mình băng qua đường khi chạy? Và thậm chí liệu anh ta có thể chạy được hay không? Và tôi thậm chí sẽ không hỏi xem làm thế nào anh ta tìm thấy những cái quần đủ linh hoạt để chịu được sự nở rộng (của cơ thể). Bây giờ, hãy khám phá mật độ của hai lựa chọn được đề cập ở trên. Mật độ được định nghĩa bởi khối lượng chia cho thể tích. Cơ thể con người được làm bằng xương bằng thịt, trong đó có một mật độ tương đối được thiết lập. Trong lựa chọn một, nếu người hùng lúc nào cũng nặng gần 90kg, thì anh ta sẽ là xương là thịt ở kích thước bình thường. Khi anh ta nở rộng đến một kích thước lớn hơn trong khi vẫn cân nặng 90kg, anh ta về cơ bản sẽ biến đổi mình trở thành một con gấu khổng lồ và đầy lông. Ở lựa chọn hai, nếu người hùng lúc nào cũng nặng 2500 kg thì anh ta sẽ là xương là thịt lúc cao 5.5m với trọng lượng 2500kg được chống đỡ bởi hai chân. Trọng lượng sẽ tác dụng lên xương chân ở những góc độ khác nhau khi anh ta di chuyển. Xương, tuy cứng, nhưng lại không dễ để thao tác, điều đó có nghĩa là chúng không thể bị uốn cong, vì vậy chúng có thể bị gãy vỡ một cách dễ dàng. Các gân cũng sẽ có nguy cơ bị rách. Các toà nhà cao tầng trụ vững bởi vì chúng có khung thép và không chạy nhảy lung tung trong rừng. Các anh hùng của chúng ta, mặt khác, khi hạ cánh ở một góc xấu anh ta sẽ ngã khụy Giả sử chức năng cơ thể của anh ta giống như bất kỳ động vật có vú nào, trái tim của anh sẽ cần phải bơm một lượng lớn máu đi khắp cơ thể để cung cấp đủ ôxy cho anh di chuyển 2500 kg trọng lượng cơ thể của mình. Điều này sẽ cần rất nhiều năng lượng, mà anh ta sẽ phải cung cấp bằng cách tiêu thụ 27 lần 3.000 calo thức ăn mỗi ngày. Bây giờ, đó là khoảng 150 cái hamburger Big Mac. 27 lần 3.000 bằng 81.000 chia cho 550 bằng 147. Anh ta sẽ không có thời gian để chống tội phạm bởi vì anh ta sẽ phải ăn suốt và làm việc từ sáng đến tối mịt để có thể chi tiêu cho tất cả thực phẩm mà anh ta ăn. Và những gì về siêu anh hùng những người có thể biến cơ thể của mình thành đá hoặc cát? Vâng, tất cả mọi thứ trên trái đất được tạo ra bởi các yếu tố. Và mỗi phần tử được định nghĩa bởi số proton trong hạt nhân. Đó là cách bảng nguyên tố hóa học được sắp xếp Hydro có một proton, Heli, hai proton, lithium, ba proton, và tiếp tục. Thành phần chính của các hình thức phổ biến nhất của cát là điôxít silic. Trong khi đó, cơ thể con người bao gồm 65% ôxy, 18% cacbon, 10% hydro, và 7% các yếu tố khác trong đó có 0,002% Silicon. Trong một phản ứng hóa học, Các yếu tố tái kết hợp để tạo nên hợp chất mới. Vì vậy, anh ta sẽ lấy tất cả các silicon cần thiết để tạo ra cát? Chắc chắn, chúng ta có thể thay đổi các yếu tố bởi nhiệt hạch hạt nhân hoặc phân hạch hạt nhân. Tuy nhiên, phản ứng tổng hợp hạt nhân đòi hỏi rất nhiều nhiệt, sự xuất hiện tự nhiên của quá trình này xảy ra tại các vì sao. Để tạo ra kết hợp trong một khoảng thời gian ngắn nhiệt độ của khu vực cần phải nóng hơn so với mặt trời. Những kẻ đi ngang vô tội sẽ bị thiêu cháy thành tro. Sự phân hạch hạt nhân nhanh chóng cũng sẽ chẳng tốt gì hơn bởi vì nó thường cho ra rất nhiều hạt phóng xạ . Người hùng của chúng ta sẽ trở thành một nhà máy điện hạt nhân biết đi, biết nói, và cuối cùng là làm hại tất cả những người mà anh ta cố gắng giúp đỡ. Và bạn có thực sự muốn có sức nóng của mặt trời hay một nhà máy phóng xạ hạt nhân bên trong cơ thể của mình không? Bây giờ, bài học vật lý về siêu năng lực nào mà bạn sẽ tìm hiểu tiếp theo? Chuyển đổi kích thước cơ thể, siêu tốc, bay lượn, siêu mạnh, bất tử, và tàng hình.