问题

钢铁侠的外骨骼是液压还是气压?

回答
关于钢铁侠战甲的动力源,这确实是一个大家津津乐道的问题。在漫威电影宇宙(MCU)的设定中,托尼·史塔克打造的马克系列战甲,包括他最早期的那个简陋版本到后来那些花里胡哨的终极形态,其核心动力和驱动方式,并没有一个非常明确、一刀切的官方答案,这点也是它充满想象空间的地方。

不过,如果我们要从电影中的表现和我们对现实科技的理解来推测,液压和气压技术很可能都或多或少地被融合运用在其中,但更倾向于液压作为主要的驱动方式。

让我来给你详细说道说道:

为什么更倾向于液压?

1. 力量与效率的体现: 钢铁侠战甲最直观的能力是什么?就是那种“大力出奇迹”的超人力量,能够轻松举起重物、承受巨大的冲击,甚至能用力量硬撼巨型外星飞船。在现实世界中,液压系统以其能够产生巨大力量而闻名。通过压力传递,液压油能够非常有效地将动力转化为巨大的推力或扭矩,这恰好符合钢铁侠战甲所展现出的那种粗暴而高效的力量感。设想一下,要让一个全副武装的金属躯体以惊人的速度移动、跳跃、甚至进行爆炸性的冲刺,液压系统的强大输出是很有说服力的。

2. 精密控制的可能性: 别看它大力,但钢铁侠战甲的动作又异常灵敏和精确。从他灵活地操作工具,到在空中做出高难度飞行动作,再到与敌人进行近身格斗时的细微调整,这都要求极高的控制精度。液压系统可以通过精确控制阀门来调节液压油的流动,从而实现对动作的精细化控制,比如平稳的加速、减速,或者在特定关节处保持稳定的角度。这种“又强又稳”的特点,液压系统比较容易做到。

3. 能量密度与存储: 液压系统通常利用不可压缩的液体(油)作为介质。液压油的能量密度相对较高,这意味着在相对小的体积内可以存储和传递大量的能量。考虑到钢铁侠战甲需要集成如此多的功能——动力、推进、武器系统、生命维持——一个能够高效存储和利用能量的动力系统至关重要。

4. 电影中的视觉表现: 虽然电影为了艺术表现不会完全模拟真实的工程原理,但有时我们也能看到一些暗示。比如在一些关节部位,或者战甲受损时,可能会有“油液”泄漏的镜头(虽然不一定是明确的液压油,但视觉上很像)。而且,液压系统在承受高负荷时,通常会有一些“吱嘎”、“嘶吼”的金属摩擦声,这也能增加战甲的厚重感和力量感。

气压系统可能的辅助作用:

虽然液压可能占主导,但气压系统也可能在某些方面发挥作用,或者说,一个更先进的混合系统是可能的:

1. 快速响应与轻量化: 气体(如压缩空气)的响应速度可能比液体更快,在某些需要瞬间启动或快速制动的关节上,气压可能更适合。同时,气压系统通常比液压系统更轻巧,如果托尼的目标是最大限度地减轻战甲重量(尽管他似乎不太在意这点),那么在某些非高负荷的部位使用气压也是合理的。

2. 气动助力与缓震: 想象一下,在战甲的某些部位,比如脚部或肩部,使用气囊或者气动活塞来辅助跳跃、缓冲落地冲击,甚至是作为辅助推进的手段。这就像一些高科技的弹射座椅或悬挂系统那样,气压可以提供一种“缓冲”或“弹射”的效果。

3. 内部环境控制: 战甲内部的空气循环、加压和温控系统,很可能就依赖于压缩空气或其他气体。这对于在极端环境下(太空、深海、高空)维持托尼的生命至关重要。

4. 某些特定功能的驱动: 除了主要的肢体运动,战甲上的一些小型机构,比如舱门开启、导弹发射的辅助弹射、或者某些光学设备的调整,可能也会使用小型气动装置来驱动,因为它们对力量要求不高,但需要快速和精确。

一个可能的融合设想:

如果硬要给一个更具体的设想,可以想象托尼的战甲是一个高度复杂的“机电液气混合驱动系统”。

核心动力源: 极有可能是一个微型的、高性能的能量核心(比如他标志性的“方舟反应堆”),这个反应堆提供巨大的能量输出。
主要驱动: 通过这个能量核心,驱动一套高性能的微型泵,将特殊的低粘度、高能量密度的“动力液”(可以理解为一种高度先进的液压油)输送到遍布战甲的液压伺服机构中。这些液压伺服机构就安装在战甲的各个关节处,它们接收来自战甲内部处理器发出的指令,通过精密的液压阀门来控制液压油的流动和压力,从而驱动关节的运动,提供强大的力量和精准的控制。
辅助与增益: 在一些需要极速响应或者缓冲的场合,可能会有独立的压缩空气罐或者微型空气压缩机,提供气动助力或减震。而战甲内部的生命维持系统,也会依赖于对气体的精密控制。

为什么电影里不直接点明?

说实话,在电影这样追求视觉效果和叙事节奏的媒介里,详细解释“战甲是靠X液压泵驱动到Y级别的毫秒级响应的”会非常枯燥,而且很容易让观众感到技术性过强而脱离了故事本身。漫威更倾向于用一个“未来感十足的能量核心”和“先进的驱动技术”来概括,让观众能感受到其强大的能力即可。

所以,总的来说,如果让我来猜,钢铁侠的战甲主要靠强大的液压系统提供力量和控制,并可能辅以气压系统来增强其灵活性、响应速度和生命维持功能。这是一种既能展现力量感,又不失精密操作的组合,也最符合我们对“超级英雄战甲”的想象。

网友意见

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写在最前面。一共有三次计算,每次更新都重新计算了一次。前两次都有错误,但是本人不准备修改了,就当纪念一下。严谨的物理帝们,如果找茬请去第二次更新,也就是第三次计算找,谢谢!


竟然破了千。。。头一次啊,受宠若惊。

首先,感谢各位小杠的纠正错误。其次,本着科学和严谨的态度,有这么多的观众,我决定进一步把我的计算结果科学化。这次是第二次更新。我把更新内容写在最后面了,之前内容我就不修改了。这次更新添加了简化物理模型,把打击过程分为两个步骤逐个分析,考虑爱因斯坦的相对论效应,并且修正了之前的单位错误。相信这一次结果能更加正确!

谁让错误是正确的妈妈呢。

以下是原文。第二次更新结果在最后啊~


液压气压都吃不住灭霸的普通攻击的,别忘了灭同学的普通攻击可是吊打了绿巨人,而绿巨人在妇联一里面打下了那么大的外星战舰。当然,为了回答你的问题,我们还是严谨一点,找个靠谱的数据计算一下。妇联一的战斗就是一个非常好用的参考标准。

下面,我们作两个假设。首先,我们假设一下外星战舰的质量。上海中心大厦质量是80w吨,辣么大的外星战舰,至少要有800w吨。其次,视觉感受上当时的外星战舰运行速度差不多100km/h。

好,基于这两个假设,外星战舰当时的动能是

那么,我们的小绿绿一拳把它打的停了下来,那绿巨人这一拳头的动能,应该是与之相当的。

再那么,灭同学可以正面硬刚小绿绿,灭同学一拳的动能应该略胜一筹

再再那么,肛铁侠打不过灭霸同学,不过视觉感受上力量差距不是太大,我们暂且假设

ok!重头戏来了。那么,肛铁侠一拳动能这么大,那么他拳头的质量假设为50kg,那么这一拳的打击速度为

哇塞,这一拳打下去有三分之一光速呢!根据爱因斯坦的相对论,肛铁侠的拳头质量都变大了!(诶,不对,这个速度如果用相对论公式就不对了。。。算了反正没人看,不管了)

再再再那么,基于这个速度,肛铁侠的拳头从没有速度到加速到打击瞬间,所用时间差不多是0.2s。所以加速度为

这个加速度,需要多大的动力来提供呢?

再再再再那么, 肛铁侠如果使用的液压,液压管总不能比他胳膊还要粗把?假设液压管横截面积8cm(不能再粗了!不然就不是肛铁侠了),那么液压肛横截面上承受压强为

假设肛铁侠的液压肛无比坚硬,不会爆炸。实验证明,液态水会在 下固态化,而液压缸常用液体mineral oil的密度为水的0.85倍,两者相差不大。

我们可以得出结论:

肛铁侠手臂处的液压肛里面的液体会被如此巨大的压强(固态化临界值的1000倍左右)直接压成固体。。。。。。。

所以,综上所述,不可能是液压缸啦~~~~

啊,好累。以上



更新如下

原答案有点错误啊,这里修改下(感谢Merlida同学的纠正,多年没有复习物理,实在是。。。)

从动能比较这一步开始:绿绿打击星舰以后,从电影中看两者的速度都为零了,把他们都看作肛体,那么动量守恒。(不要提星舰的角动量了,,,我已经快疯了,竟然还有人发现我错了)


好,基于这两个假设,外星战舰当时的动liang是

那么,我们的小绿绿一拳把它打的停了下来,那绿巨人这一拳头的动liang,应该是与之相当的。

再那么,灭同学可以正面硬刚小绿绿,灭同学一拳的动liang应该略胜一筹

再再那么,肛铁侠打不过灭霸同学,不过视觉感受上力量差距不是太大,我们暂且假设

ok!重头戏 来了。那么,肛铁侠一拳动liang这么大,那么他拳头的质量假设为50kg,那么这一拳的打击速度为

..............

众所周知,光速是

按照这个算法,这一拳的速度是光速的500倍。

爱因斯坦老先生说过:“超过光速500倍的相关问题别问我”。

...

我已经彻底编不下去了。。

以上


这里是第二次更新内容

这一次,我们来建立一个简化的物理模型,认真的来分析这个打击的过程。

首先,我们作出以下假设

  • 绿巨人拳头和星舰都是刚体
  • 绿巨人拳头打击星舰瞬间,两者发生非弹性碰撞,且两者相对地面水平运动速度都为零
  • 打击瞬间没有内能损失,绿巨人和地面无相对滑动(无热能损失)
  • 打击以后,星舰以绿巨人拳头为旋转中心,作圆周运动,运动至垂直于地面时刚好消耗完全部旋转动能

过程如下。


打击瞬间,动量互相抵消变为零(注意平行运动动量不能转换为角动量)。没有内能损耗和摩擦损耗,绿巨人的拳头没有位移不对星舰做功,因此星舰的动能全部转换为旋转动能。

旋转过程中,旋转动能转换为重力势能

在旋转运动结束瞬间,按照之前的假设,全部动能正好转换为重力势能。分析完这个过程,这个就很好计算了。

最初的星舰动能

全部转换为旋转动能

其中旋转动量 所以

补充一个参数,最初星舰质心距离拳头垂直距离为h。

在旋转结束瞬间,重力势能可知

整理一下,化去中间量,我们得到关系

惊喜吧,我们可以少假设一个参量了,只要知道长和高就能算出星舰速度了(当然我们的前提条件假设了一个最高点正好运动停止)

来,这次我们来看看电影中是什么样子

https://www.zhihu.com/video/982652907837083648

哟呵,和我们的估计差不多呢。(让我们一起忽略摩擦摩擦)

星舰的垂直高度,视觉上看来7层楼那么高,差不多21米。那么h=10 m, 长度的话,直观感受是高度的4倍,设为80m。得出

好!我们再来计算动量! 这次应大家要求,我把质量也修改的小一点,设为80万吨。

外星战舰当时的动liang是

那么,我们的小绿绿一拳把它打的停了下来,那绿巨人这一拳头的动liang,应该是与之相当的。

再那么,灭同学可以正面硬刚小绿绿,灭同学一拳的动liang应该略胜一筹

再再那么,肛铁侠打不过灭霸同学,不过视觉感受上力量差距不是太大,我们暂且假设

ok!重头戏 又又又又 来了。那么,肛铁侠一拳动liang这么大,那么他拳头的质量假设为30kg(应大家要求修改。。看我多听话),那么这一拳的打击速度为

..............

等等,这次,我们来考虑相对论效应。

已知相对论质量

考虑相对论的功率则为

逆推一下易得

贴个图,计算应该没错了。这样看来,相对论的影响不是太大呢。

好了,接下来我要继续复制粘贴了

哇塞塞塞塞,这一拳打下去有六分之一光速呢!

再再再那么,基于这个速度,肛铁侠的拳头从没有速度到加速到打击瞬间,所用时间差不多是0.2s。所以加速度为

这个加速度,需要多大的动力来提供呢?

再再再再那么, 肛铁侠如果使用的液压,液压管总不能比他胳膊还要粗把?假设液压管横截面积8cm(不能再粗了!不然就不是肛铁侠了),那么液压肛横截面上承受压强为

假设肛铁侠的液压肛无比坚硬,不会爆炸。实验证明,液态水会在 下固态化,而液压缸常用液体mineral oil的密度为水的0.85倍,两者相差不大。(目前没有人做过矿物油的固态化实验,这太霸道了。所以我们只能找相似啦)

我们可以得出结论:

肛铁侠手臂处的液压肛里面的液体会被如此巨大的压强(固态化临界值的380倍左右)直接压成固体。。。。。。。

所以,综上所述,不可能是液压缸啦~~~~汽压肯定更不行啦

啊,这次真的累了,以上。

我是本着追求科学的态度更新的,不是为了赞。

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