Chiếc Xe Van Nhỏ Có Thể Chạy Nhanh Như Thế Nào Trong Ant-Man and the Wasp năm 2025?

Đã đến lúc nhìn lại trailer của Ant-Man and the Wasp. Trước đó, tôi đã xem xét về điều gì sẽ xảy ra nếu bạn thu nhỏ một tòa nhà về kích thước của một chiếc vali trong khi khối lượng của nó vẫn giữ nguyên. Nhưng bây giờ tôi muốn xem chiếc xe van trở nên nhỏ nhỏ nhất.

Vì vậy đây là cảnh (theo như tôi có thể hiểu—đó chỉ là một đoạn trailer thôi). Hope Pym (Wasp) có vẻ đang lái một chiếc xe van trong cuộc đua xe. Cô ấy sử dụng công nghệ Pym tiêu chuẩn và làm cho chiếc xe trở nên nhỏ như một chiếc ô tô đồ chơi. Khi cô tiếp tục lái xe, cô đi qua dưới một chiếc xe khác để làm một điều gì đó cool. Thực sự, điều quan trọng duy nhất về cảnh đó là chiếc xe van nhỏ nhỏ nhưng vẫn di chuyển ở tốc độ của một chiếc ô tô lớn. Và đây là nơi tôi được thảo luận về vật lý của bánh xe cuộn. Vâng, toàn bộ phân tích trailer này chỉ là một cớ để làm vật lý. Đó giống như một cú đấm, nhưng với khoa học.

Mặc dù chúng ta thường thấy các chiếc xe chạy quanh với bánh xe cuộn suốt thời gian, nhưng có một điều thú vị đang diễn ra. Bánh xe vừa xoay quanh trục và bánh xe di chuyển theo đường. Bạn có thể nghĩ đây là điều bình thường, nhưng không phải. Dưới đây là một ví dụ. Đây là một quả cuộn nhỏ cuộn dọc theo quầy bếp của tôi.

Thay vì chỉ hiển thị vật cuộn, tôi sẽ phân tích nó. Nếu tôi sử dụng Phân tích Video Tracker, tôi có thể tìm cả vị trí góc (mức độ xoay) và vị trí ngang. Dưới đây là biểu đồ vị trí so với góc. Ồ, quan trọng là để ý rằng quả cuộn cuộn mà không trượt.

Bạn để ý rằng nó là một đường thẳng chứ? Điều đó có nghĩa là chúng ta có thể vẽ một hàm tuyến tính cho dữ liệu. Trong trường hợp này, đường đó sẽ có độ dốc là 0.0649 mét. Điều này có thể được viết dưới dạng hàm sau liên quan đến vị trí (Tôi sẽ sử dụng biến s) và góc (θ):

Nhưng giá trị hằng số đó là 0.0649 mét có ý nghĩa gì? Nó rõ ràng có đơn vị là khoảng cách—có lẽ nó là một khoảng cách? Ồ, kiểm tra bức ảnh này xem.

Dường như độ dốc của đường đó giống như bán kính của hình tròn cuộn. Đúng vậy. Điều đó có nghĩa là chúng ta có biểu thức sau đây.

Đây là mối quan hệ giữa vị trí và góc đối với một vật cuộn—miễn là nó đang cuộn và không trượt và góc được đo bằng radian. Nhưng hãy suy nghĩ về điều này một chút. Giả sử vật cuộn thực hiện một quay đầy đủ trong quá trình cuộn. Nó sẽ đi qua một góc là 2π radian. Khoảng cách đã đi sẽ bằng chu vi trên vật thể, tức là 2π lần bán kính. Hoàn hảo. Điều này chính xác với biểu thức ở trên.

Nhưng đợi một chút. Chúng ta đang nói về cái gì thế? Liệu bài viết này không phải là về chiếc xe van nhỏ trong Ant-Man and the Wasp sao? Được rồi, đó là đúng. Nhưng trước hết một điều nữa: Giả sử tôi cuộn quả cuộn đó và nó đi một khoảng cách nào đó trong một khoảng thời gian nhất định. Tôi có thể tìm tốc độ trung bình bằng cách chia sự thay đổi vị trí (sẽ là s) cho sự thay đổi thời gian (Δt). Tôi đã có s ở một bên của phương trình, vì vậy tôi chỉ cần chia cả hai bên cho Δt.

Tất nhiên, phía bên trái là tốc độ của trung tâm bánh xe. Đối với phía bên phải của phương trình, chúng ta có sự thay đổi góc chia cho sự thay đổi thời gian—đây là định nghĩa của tốc độ góc trong radian mỗi giây. Ký hiệu thông thường để biểu diễn tốc độ góc là ký tự Hy Lạp ω. Điều này tạo ra mối quan hệ sau:

Điều này quan trọng. Nó nói rằng tốc độ mà một bánh xe cuộn di chuyển trên mặt đất bằng với tích của bán kính và tốc độ quay của nó. Nếu bạn có một bánh xe lớn và một bánh xe nhỏ, bánh xe lớn không cần phải quay nhanh như bánh xe nhỏ để di chuyển cùng tốc độ. Đây cũng là cách hầu hết các đồng hồ tốc độ (tôi đọc điều này như "đồng hồ tốc độ") hoạt động. Chúng phát hiện tốc độ quay của bánh xe và sử dụng kích thước của lốp để tính toán tốc độ. Đó là lý do tại sao việc thay đổi kích thước lốp có thể làm cho đồng hồ tốc độ của bạn không chính xác.

OK, không ai quan tâm đến điều đó. Mọi người quan tâm đến chiếc xe van nhỏ trong đoạn quảng cáo. Vì vậy, đây là thỏa thuận. Chiếc xe đó đang di chuyển với một tốc độ cụ thể nào đó và sau đó nó co lại—nhưng nó vẫn di chuyển với cùng một tốc độ (hoặc gần giống nhau). Điều này có nghĩa là gì? Đầu tiên, nó có nghĩa là bán kính của bánh xe trở nên nhỏ hơn nhiều. Thứ hai, nó có nghĩa là tốc độ góc của bánh xe phải tăng lên.

Làm thế nào về một ước lượng? Hãy bắt đầu với tốc độ. Họ đang ở trong một môi trường đô thị nên họ có thể không đi quá nhanh. Tôi sẽ chọn một ước lượng thận trọng là 40 mph (17.9 m/s). Còn về kích thước của lốp đầy đủ? Có lẽ nó có bán kính là 0.35 mét. Điều này có nghĩa là nó sẽ quay với một tốc độ góc là 51 rad/giây (487 rpm). Tôi đoán tất cả đều ổn.

Nhưng còn khi chiếc xe co lại? Nó nên có tốc độ gần như giống nhau, nhưng kích thước của bánh xe rất nhỏ. Nếu nó giống như một chiếc xe có kích thước như Hot Wheels, nó sẽ ở tỷ lệ 1:64. Điều này có nghĩa là bán kính của bánh xe nhỏ sẽ là 0.35/64 mét. Để có cùng tốc độ, bánh xe sẽ phải quay với tốc độ là 3264 rad/giây (hơn 31,000 rpm). Chết tiệt.

Tốc độ góc cực cao cho một bánh xe không phải là vấn đề (tốt nhất là không có vấn đề trừ khi bánh xe bị vỡ do tốc độ cao). Vấn đề thực sự là động cơ. Giả sử tỷ số truyền động giống nhau trên chiếc xe nhỏ như trên chiếc xe lớn, động cơ của chiếc xe van nhỏ sẽ phải quay ở tốc độ cao hơn rất nhiều để đạt được tốc độ này. Trên thực tế, nếu bánh xe nhỏ có kích thước 1/64^th so với bán kính thì động cơ nhỏ sẽ phải quay với 64 lần số vòng quay mỗi phút. Một chiếc van đầy đủ chạy ở 6,000 vòng/phút có nghĩa là chiếc van nhỏ sẽ ở 384 nghìn vòng/phút. Bùm. Bạn nghe thấy không? Đó là âm thanh của một chiếc động cơ nhỏ bé nổ tung.

Đừng lo, tôi vẫn rất hào hứng về Ant-Man and the Wasp.